在電子設計領域，模擬到數字的轉換是一個關鍵環節，而ADC（模擬 - 數字轉換器）的性能直接影響著整個系統的精度和穩定性。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（TI）推出的ADS1174和ADS1178這兩款多通道、同步采樣的16位ADC。

文件下載：ads1174.pdf

產品概述

ADS1174為四通道轉換器，而ADS1178則是八通道轉換器，它們采用了先進的delta - sigma（ΔΣ）架構，數據速率最高可達52k樣本每秒（SPS），能夠實現四通道或八通道的同步采樣。這兩款產品采用相同的封裝，并且與高性能的24位ADS1274和ADS1278兼容，方便進行升級。

突出特性

1. 高速與低功耗的完美平衡

• 高速模式：數據速率可達52kSPS，每通道功耗僅31mW，能夠滿足對數據采集速度要求較高的應用場景。
• 低功耗模式：在10kSPS的數據速率下，每通道功耗僅7mW，大大降低了系統的整體功耗，適用于對功耗敏感的應用。

2. 出色的AC和DC性能

• AC性能：具有25kHz的帶寬，97dB的信噪比（SNR）和 - 105dB的總諧波失真（THD），能夠有效減少信號失真，提高信號質量。
• DC性能：具備近乎理想的16位分辨率，積分非線性（INL）僅為±1LSB，偏移誤差低至2mV，增益誤差僅為0.5%，并且偏移漂移和增益漂移極小，確保了在不同環境條件下的高精度測量。

3. 靈活的操作模式和接口選擇

• 操作模式：支持高速和低功耗兩種操作模式，可根據實際應用需求進行靈活切換。
• 接口選擇：提供SPI和Frame - Sync兩種串行接口格式，方便與不同的微控制器或處理器進行連接。

4. 優秀的采樣孔徑匹配和相位響應

• 采樣孔徑匹配：各通道的采樣時鐘由同一CLK輸入控制，有效控制了通道間的采樣偏差，實現了出色的相位匹配。
• 相位響應：采用多級線性相位數字濾波器，具有恒定的群延遲，在分析多音信號時基本無相位誤差。

電氣特性詳解

1. 模擬輸入特性

• 輸入電壓范圍：絕對輸入電壓范圍為AGND - 0.1V至AVDD + 0.1V，差分輸入電壓范圍為±VREF，能夠適應不同的信號輸入要求。
• 輸入阻抗：高速模式下差分輸入阻抗為28kΩ，低功耗模式下為140kΩ，不同模式下的輸入阻抗差異可根據實際應用進行選擇。

2. 時鐘輸入要求

• 時鐘頻率：最大時鐘頻率為27MHz，可通過CLKDIV輸入進行分頻控制。時鐘頻率的選擇不影響分辨率和功耗，但會影響輸出數據速率。
• 時鐘質量：為確保最佳性能，建議使用高質量、低抖動的晶體時鐘振蕩器作為時鐘源。

3. 電源供應要求

• 電源類型：包括AVDD（模擬電源）、DVDD（數字核心電源）和IOVDD（數字I/O電源）三種電源。
• 電源旁路：為達到額定性能，必須在電源引腳附近使用0.1μF和10μF的電容進行旁路，也可使用單個10μF的陶瓷電容替代。

引腳功能與應用

1. 引腳描述

ADS1174/78共有64個引腳，涵蓋了模擬輸入、數字輸入輸出、時鐘輸入、電源供應等多種功能。例如，AINP[8:1]為模擬輸入引腳，CLK為時鐘輸入引腳，DRDY/FSYNC在不同協議下分別作為數據就緒輸出或幀同步輸入。

2. 應用注意事項

• 電源啟動順序：上電時，應先啟動DVDD，然后是IOVDD，最后是AVDD，并確保電源的上升速率和順序正確。
• 輸入保護：為防止ESD損壞，當輸入電壓超出正常范圍時，可使用外部肖特基鉗位二極管或串聯電阻來限制輸入電流。

數據輸出格式與接口協議

1. 數據輸出格式

支持TDM（時分復用）和離散數據兩種輸出模式，并且TDM模式又分為固定位置和動態位置兩種數據格式，可根據實際需求進行選擇。

2. 接口協議

• SPI接口：一種簡單的只讀接口，數據通過DRDY信號指示就緒，并在SCLK的下降沿移出。
• Frame - Sync接口：類似于音頻ADC常用的接口，需要用戶提供FSYNC和SCLK信號，數據以MSB優先的方式輸出。

應用案例與建議

1. 應用場景

ADS1174/78適用于多種應用場景，如三相功率監測、除顫器和心電圖監測、科里奧利流量計以及振動/模態分析等。

2. 設計建議

• 電源設計：使用低噪聲的電源，并進行適當的濾波和旁路處理，以減少電源噪聲對ADC性能的影響。
• 布局設計：將模擬電路和數字電路分開布局，避免數字信號對模擬信號的干擾；同時，盡量縮短時鐘和信號走線的長度，減少信號延遲和失真。
• 參考輸入設計：使用高質量的參考電壓源，并進行適當的濾波和緩沖，以確保參考電壓的穩定性和低噪聲。

總結

ADS1174和ADS1178以其高速、低功耗、高精度的特點，以及靈活的操作模式和接口選擇，成為了多通道同步采樣應用的理想選擇。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇操作模式、接口協議和外部電路，以充分發揮這兩款ADC的性能優勢。你在使用類似ADC的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。