在電子設計領域，模擬到數字的轉換是一個關鍵環節，它直接影響著系統的性能和精度。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的兩款明星產品——ADS8327和ADS8328，這兩款16位模數轉換器（ADC）以其低功耗、高采樣率和出色的性能，在眾多應用場景中展現出強大的競爭力。

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產品概述

ADS8327是一款低功耗、16位、500-kSPS的單通道模數轉換器，具有單極性輸入。而ADS8328則在此基礎上增加了一個2選1的輸入多路復用器（MUX），支持雙通道輸入，并且可以通過編程選擇TAG位輸出。這兩款轉換器都采用了基于電容的逐次逼近寄存器（SAR）架構，內置采樣保持功能，能夠提供高速、寬電壓范圍的串行接口，還支持多芯片級聯模式，非常適合對性能和靈活性有較高要求的應用。

關鍵特性分析

電源與功耗

ADS8327/28的模擬電源電壓范圍為2.7V至5.5V，接口電源電壓范圍為1.65V至1.5倍的模擬電源電壓。在500 kHz采樣率、+VA = 2.7V、+VBD = 1.8V的條件下，功耗僅為10.6mW，展現出了出色的低功耗特性。此外，它們還提供了多種電源管理模式，包括深度掉電模式、休眠模式和自動休眠模式，可以根據實際應用需求靈活調整功耗，延長設備的續航時間。

性能指標

• 直流性能：積分非線性（INL）典型值為±1.5 LSB，最大值為±2 LSB；微分非線性（DNL）典型值為±0.6 LSB，最大值為±1 LSB。在2.7V電源電壓下，失調誤差最大值為±0.5 mV；在5V電源電壓下，失調誤差最大值為±1 mV。這些指標保證了轉換器在直流信號轉換時的高精度。
• 交流性能：在10 kHz輸入頻率下，信噪比（SNR）可達91 dB，無雜散動態范圍（SFDR）可達100 dB，總諧波失真（THD）可達 -96 dB。這些優秀的交流性能使得ADS8327/28能夠在高頻信號處理中表現出色。

接口與功能

• 串行接口：支持SPI/DSP兼容的串行接口，串行時鐘（SCLK）頻率最高可達50 MHz，能夠滿足高速數據傳輸的需求。
• 內置時鐘：內置轉換時鐘（CCLK），頻率范圍為10.5 MHz至12.2 MHz，也可以選擇使用外部串行時鐘作為轉換時鐘，方便系統同步。
• 可編程功能：支持軟件復位、全局轉換啟動（CONVST）、可編程狀態/極性的結束轉換信號（EOC/INT）、可編程TAG位輸出以及自動/手動通道選擇模式等功能，為系統設計提供了極大的靈活性。

應用場景

ADS8327/28的高性能和豐富功能使其在多個領域得到了廣泛應用，包括通信、傳感器接口、醫療儀器、磁力計、工業過程控制、數據采集系統和自動測試設備等。在這些應用中，它們能夠準確地將模擬信號轉換為數字信號，為系統的控制和決策提供可靠的數據支持。

設計要點

模擬輸入設計

• 輸入范圍：輸入電壓范圍為0V至VREF，輸入電容約為45 pF。在設計時，需要確保輸入信號的電壓和電流在規定范圍內，以保證轉換器的線性度和性能。
• 驅動放大器選擇：建議使用低噪聲的運算放大器，如德州儀器的OPA365、OPA827或THS4031，來驅動模擬輸入。驅動放大器的帶寬可以根據最小采集時間進行計算，以滿足系統的要求。
• 輸入匹配：為了減少噪聲和誤差，需要確保驅動+IN和 -IN輸入的信號源的輸出阻抗匹配，避免因輸入信號的不同建立時間而導致的失調誤差、增益誤差和線性度誤差。

參考電壓設計

ADS8327/28可以使用外部參考電壓，參考電壓范圍為0.3V至4.2V。為了保證轉換器的性能，需要提供干凈、低噪聲、良好去耦的參考電壓。建議使用低噪聲的帶隙參考源，如REF3240，并在REF+和REF - 引腳之間連接一個10μF的陶瓷去耦電容，且該電容應盡可能靠近器件引腳。

轉換時鐘設計

轉換器的轉換時鐘可以選擇內置振蕩器或外部串行時鐘。內置振蕩器的頻率最低為10.5 MHz，在深度掉電模式或使用SCLK作為轉換時鐘時，振蕩器會關閉。如果選擇使用外部串行時鐘作為轉換時鐘，需要注意SCLK的頻率和占空比，以確保系統的同步和穩定性。

通道選擇與轉換啟動

• 通道選擇：ADS8328支持手動和自動通道選擇模式。在手動通道選擇模式下，需要通過向命令寄存器（CMR）寫入通道號來選擇采集通道；在自動通道選擇模式下，轉換器會自動按順序采集通道0和通道1的信號。
• 轉換啟動：轉換可以通過將CONVST引腳拉低至少40 ns來啟動，也可以通過編程實現自動觸發。CONVST信號獨立于FS/CS，因此可以在多個轉換器同時采樣保持的應用中使用一個公共的CONVST信號。

數字接口設計

• 串行通信：串行接口以FS/CS的下降沿開始一個周期，數據在EOC時被送到輸出寄存器，并在FS/CS的下降沿出現在SDO輸出引腳。輸出數據在SCLK的下降沿有效，主機處理器可以在該時刻讀取數據。
• 靈活性：串行接口支持CPOL = 0、CPHA = 1或CPOL = 1、CPHA = 0的模式，具有很高的靈活性。

總結

ADS8327和ADS8328是兩款性能卓越的16位模數轉換器，它們在低功耗、高精度和靈活性方面表現出色。通過合理的設計和應用，可以充分發揮它們的優勢，滿足各種復雜的電子系統需求。在實際設計過程中，我們需要根據具體的應用場景和要求，仔細考慮模擬輸入、參考電壓、轉換時鐘、通道選擇和數字接口等方面的設計要點，以確保系統的性能和穩定性。希望本文能夠為電子工程師們在使用ADS8327/28進行設計時提供一些有價值的參考。你在使用這兩款轉換器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。