在電子工程師的日常工作中，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是至關(guān)重要的組件，廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)監(jiān)測、峰值檢測等領(lǐng)域。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的 ADC081C021 和 ADC081C027 這兩款 8 位 ADC，了解它們的特性、工作原理以及應(yīng)用場景。

文件下載：adc081c021.pdf

產(chǎn)品特性亮點

接口與速度

ADC081C021 和 ADC081C027 具備 I2C 兼容的 2 線接口，支持標準（100kHz）、快速（400kHz）和高速（3.4MHz）三種模式。這種多模式支持使得它們能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，無論是對速度要求不高的常規(guī)應(yīng)用，還是對數(shù)據(jù)傳輸速度有較高要求的高速場景，都能游刃有余。而且，其 I2C 總線引腳（SCL 和 SDA）具有 8kV HBM 的擴展 ESD 耐受性，這意味著在多板應(yīng)用中無需額外的 ESD 保護，大大簡化了設(shè)計。

電源與功耗

這兩款 ADC 的電源供應(yīng)范圍為 +2.7V 至 +5.5V，具有很寬的適應(yīng)性。在功耗方面表現(xiàn)出色，例如在 22ksps 采樣率下，3V 供電時典型功耗僅為 0.26mW，5V 供電時為 0.78mW。此外，還具備自動斷電模式，在不進行轉(zhuǎn)換時，功耗可降低至小于 1μW，非常適合電池供電的設(shè)備。

地址與封裝

對于 VSSOP - 8 版本的 ADC081C021，最多可提供九個引腳可選的芯片地址；而 ADC081C027 則通過 ADR0 地址選擇輸入提供三個引腳可選地址。這種靈活的地址配置方式，使得多個 ADC 可以方便地連接到同一 I2C 總線上。它們采用了非常小的 SOT - 6 和 VSSOP - 8 封裝，節(jié)省了電路板空間，有利于實現(xiàn)小型化設(shè)計。

警報功能

具備超出范圍警報功能，當模擬輸入超出可編程的上限或下限值時，會激活中斷。這個功能在系統(tǒng)監(jiān)測和保護方面非常有用，可以及時提醒系統(tǒng)采取相應(yīng)的措施，避免設(shè)備因輸入異常而損壞。

關(guān)鍵技術(shù)指標

分辨率與線性度

分辨率為 8 位，且無丟失代碼，保證了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的準確性。積分非線性（INL）和微分非線性（DNL）在不同電源電壓和時鐘頻率條件下，最大誤差均控制在 ±0.25 LSB 以內(nèi)，確保了良好的線性度。

轉(zhuǎn)換時間與吞吐量

典型轉(zhuǎn)換時間為 1μs，轉(zhuǎn)換速率會隨著 I2C 時鐘頻率（fSCL）的變化而變化，在 fSCL = 3.4MHz 時，最大轉(zhuǎn)換速率可達 188.9ksps，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度的要求。

輸入特性

模擬輸入范圍為 0 至 VA，輸入電容在跟蹤模式下為 30pF，保持模式下為 3pF。輸入直流泄漏電流最大為 ±1μA，保證了輸入信號的穩(wěn)定性。

工作原理剖析

轉(zhuǎn)換操作

ADC081C021 和 ADC081C027 基于逐次逼近寄存器架構(gòu)，內(nèi)部帶有跟蹤 - 保持電路。在轉(zhuǎn)換周期開始時，首先進入跟蹤模式，此時采樣電容連接到模擬輸入通道，比較器輸入被均衡。大約 0.4μs 后，進入保持模式，采樣電容連接到地，比較器失衡，控制邏輯會指示電荷再分配 DAC 對采樣電容進行電荷的加減操作，直到比較器平衡，此時 DAC 得到的數(shù)字字就是模擬輸入電壓的數(shù)字表示，并存儲在轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器中。

內(nèi)部寄存器

這兩款 ADC 擁有 8 個內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器和一個地址指針。這些寄存器具有多種功能，例如存儲最小和最大轉(zhuǎn)換結(jié)果、設(shè)置警報閾值水平以及配置設(shè)備的操作等。其中，轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器存儲最近一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果；警報狀態(tài)寄存器指示是否超過了高或低閾值；配置寄存器用于配置自動轉(zhuǎn)換模式、警報保持、警報標志使能等功能。

自動轉(zhuǎn)換模式

在自動轉(zhuǎn)換模式下，通過配置寄存器的 D7 至 D5 位來確定轉(zhuǎn)換間隔，ADC 會自動開始轉(zhuǎn)換，無需等待上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果被讀取。該模式的主要目的是提供“看門狗”功能，確保輸入電壓保持在警報限制寄存器設(shè)定的范圍內(nèi)。同時，在自動轉(zhuǎn)換模式下，每次轉(zhuǎn)換后都會更新最低和最高轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，方便用戶監(jiān)測輸入信號的極值。

應(yīng)用電路設(shè)計

典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用電路中，模擬電源（VA）應(yīng)通過靠近 ADC 的電容網(wǎng)絡(luò)進行旁路，以確保 VA 盡可能干凈。由于 ADC 使用 VA 作為參考電壓，電源的穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)換精度至關(guān)重要。總線拉電阻（RP）應(yīng)由控制器的電源供電，且拉到與 VA 相同的電壓電位，以保證總線上所有設(shè)備的邏輯電平兼容。對于高速模式應(yīng)用，可在控制器的電源引腳和拉電阻之間添加適當?shù)呐月冯娙荩蕴岣?ADC 的精度。

緩沖輸入電路

當模擬輸入需要緩沖時，可以使用 TI 的 LMP7731 進行緩沖。這種非反相放大器配置為單端源提供了緩沖增益級，適用于單端傳感器接口。但需要注意的是，輸入信號必須有一個直流偏置電平，以防止 ADC 輸入信號低于地或高于電源。

智能電池監(jiān)測電路

利用 ADC081C021、LP2980 固定參考和電阻分壓器，可以實現(xiàn)智能電池監(jiān)測功能。通過“超出范圍”警報功能，當電池充電時，過范圍警報會指示充電周期完成；當電池接近耗盡時，欠范圍警報會指示電池電量低。此外，控制器還可以隨時讀取電池電壓，從而提高電池供電設(shè)備的效率。

布局、接地與旁路要點

為了確保 ADC 的精度和降低噪聲，印刷電路板應(yīng)將模擬和數(shù)字區(qū)域分開，通過模擬和數(shù)字電源平面的位置來定義這兩個區(qū)域。建議使用單個實心接地平面，但要注意防止數(shù)字返回電流流過模擬接地區(qū)域。如果需要，可以采用“圍欄”技術(shù)來避免模擬和數(shù)字接地電流混合。ADC 的電源應(yīng)使用 4.7μF 和 0.1μF 的電容進行旁路，且 0.1μF 電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備的電源引腳。同時，應(yīng)避免模擬和數(shù)字信號交叉，將時鐘和數(shù)據(jù)線布置在電路板的元件側(cè)，并控制其阻抗。

總結(jié)

ADC081C021 和 ADC081C027 以其低功耗、寬電源范圍、靈活的地址配置、出色的轉(zhuǎn)換性能和實用的警報功能，成為了眾多應(yīng)用場景中的理想選擇。無論是系統(tǒng)監(jiān)測、峰值檢測、便攜式儀器還是醫(yī)療儀器等領(lǐng)域，都能發(fā)揮出它們的優(yōu)勢。在實際設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇封裝形式、配置內(nèi)部寄存器，并注意布局、接地和旁路等方面的問題，以充分發(fā)揮這兩款 ADC 的性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。