在電子工程師的日常工作中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是不可或缺的重要組件。今天，我們就來(lái)深入探討德州儀器（TI）的一款高性能16位250-KSPS采樣CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器——ADS8505。

文件下載：ads8505.pdf

一、產(chǎn)品概述

ADS8505采用了先進(jìn)的CMOS結(jié)構(gòu)，是一款功能完備的16位采樣A/D轉(zhuǎn)換器。它集成了16位基于電容的逐次逼近寄存器（SAR）A/D轉(zhuǎn)換器，還配備了采樣保持（S/H）電路、參考源、時(shí)鐘、微處理器接口以及三態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)器。該轉(zhuǎn)換器具有單5V電源供電、與ADS7805（低速）和12位ADS8504/7804引腳兼容等特點(diǎn)，可使用內(nèi)部或外部參考源。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）高精度特性

1. 高線性度：ADS8505在250-kHz采樣率下具有出色的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR），可達(dá)105dB。其最大積分非線性（INL）為±1.5 LSB，最大微分非線性（DNL）為±1 LSB，且16位無(wú)失碼，確保了轉(zhuǎn)換的高精度。
2. 低誤差：最大雙極性零誤差為±2 mV，且具有±0.4 PPM/°C的漂移；滿量程誤差最大為±0.1% FSR，漂移為±2 PPM/°C，保證了在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性能。

（二）其他特性

1. 寬輸入范圍：提供標(biāo)準(zhǔn)的±10-V輸入范圍，能滿足多種工業(yè)應(yīng)用需求。
2. 低功耗：在250 KSPS采樣率下，典型功耗僅為70 mW，最大功耗不超過100 mW，適合對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。
3. 多種封裝形式：有28引腳的SSOP和SOIC封裝可供選擇，且兩種封裝都能在工業(yè)級(jí)-40°C至85°C溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

ADS8505憑借其高精度和高性能，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：

1. 工業(yè)過程控制：可用于精確采集工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制。
2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：能夠高效、準(zhǔn)確地將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供可靠支持。
3. 數(shù)字信號(hào)處理：為數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)提供高質(zhì)量的輸入數(shù)據(jù)，提升系統(tǒng)的處理效果。
4. 醫(yī)療設(shè)備：在醫(yī)療設(shè)備中，對(duì)信號(hào)的精度和穩(wěn)定性要求極高，ADS8505的高性能能夠滿足這些需求，確保醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性。
5. 儀器儀表：可用于各類儀器儀表中，提高測(cè)量的精度和可靠性。

四、電氣特性詳解

（一）分辨率與輸入特性

ADS8505具有16位分辨率，模擬輸入電壓范圍為±10 V，輸入阻抗為11.5 kΩ，電容為50 pF。這些特性確保了它能夠準(zhǔn)確地采集模擬信號(hào)。

（二）直流精度

在直流精度方面，INL最大為±1.5 LSB，DNL最大為±1 LSB，無(wú)失碼位數(shù)可達(dá)16位。過渡噪聲典型值為0.77 LSB，滿量程誤差和雙極性零誤差也都在較小范圍內(nèi)，且具有較低的漂移。

（三）交流精度

交流精度表現(xiàn)同樣出色，SFDR在20 kHz時(shí)可達(dá)105 dB，總諧波失真（THD）低至 -103 dB，信納比（SINAD）可達(dá)88 dB，信號(hào)與（噪聲 + 失真）比在 -60-dB輸入時(shí)可達(dá)32 dB，信噪比（SNR）在20 kHz時(shí)可達(dá)88 dB。

（四）其他特性

轉(zhuǎn)換周期為4個(gè)TTS，吞吐量速率為250 kHz，孔徑延遲為5 ns，瞬態(tài)響應(yīng)為2個(gè)TTS，過壓恢復(fù)時(shí)間為150 ns。內(nèi)部參考電壓為2.5 V，參考源電流為1 μA，參考漂移為8 ppm/°C。

五、基本操作與使用要點(diǎn)

（一）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

將 $\overline{CS}$（引腳25）和R/C（引腳24）同時(shí)拉低至少40 ns，即可使ADS8505的采樣/保持進(jìn)入保持狀態(tài)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。BUSY（引腳26）會(huì)拉低，直到轉(zhuǎn)換完成且內(nèi)部輸出寄存器更新后才會(huì)變高。在BUSY為低電平時(shí)，所有新的轉(zhuǎn)換命令都會(huì)中止當(dāng)前正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換并重置ADC。

（二 ）讀取數(shù)據(jù)

ADS8505以二進(jìn)制補(bǔ)碼格式輸出全并行或字節(jié)讀取的16位數(shù)據(jù)。當(dāng)R/C（引腳24）為高電平且 $\overline{CS}$（引腳25）為低電平時(shí)，并行輸出有效。可以通過切換BYTE（引腳23）來(lái)讀取一個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)的兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

（三）ADC復(fù)位

當(dāng)BUSY為低電平時(shí)，將R/C拉低至少40 ns可啟動(dòng)ADC復(fù)位。要啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，R/C必須回到高電平，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以采集新的樣本，然后再拉低以啟動(dòng)下一個(gè)轉(zhuǎn)換序列。

（四）輸入范圍

ADS8505提供標(biāo)準(zhǔn)的±10-V輸入范圍。輸入信號(hào)必須參考AGND1，且應(yīng)由低阻抗源驅(qū)動(dòng)，以減少接地環(huán)路問題。輸入電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)提供了至少±25 V的過壓保護(hù)。

六、校準(zhǔn)與參考源設(shè)置

（一）校準(zhǔn)方式

ADS8505可以通過硬件或軟件進(jìn)行校準(zhǔn)。由于偏移會(huì)直接影響增益，所以應(yīng)先校準(zhǔn)偏移，再校準(zhǔn)增益。為達(dá)到最佳性能，可能需要多次迭代。

1. 硬件校準(zhǔn)：按照?qǐng)D28(a)所示安裝適當(dāng)?shù)碾娮韬?a target="_blank">電位器，即可對(duì)ADS8505的偏移和增益進(jìn)行校準(zhǔn)。
2. 軟件校準(zhǔn)：在軟件中校準(zhǔn)偏移和增益時(shí)，不需要外部電阻。
3. 無(wú)校準(zhǔn)情況：某些應(yīng)用中，圖28(b)所示的外部電阻可能并非必需。這些電阻用于補(bǔ)償內(nèi)部偏移和增益調(diào)整，以便使用單電源進(jìn)行校準(zhǔn)。

（二）參考源

ADS8505可使用內(nèi)部2.5-V參考源或外部參考源。通過向引腳5施加外部參考源，可繞過內(nèi)部參考源。REF引腳（引腳3）是外部參考源的輸入或內(nèi)部2.5-V參考源的輸出，應(yīng)盡可能靠近該引腳連接一個(gè)2.2-μF電容，以減少參考源上的噪聲。

七、布局與信號(hào)處理建議

（一）電源布局

為實(shí)現(xiàn)最佳性能，應(yīng)將模擬和數(shù)字電源引腳連接到同一個(gè)+5-V電源，并將模擬和數(shù)字接地連接在一起。ADS8505的大部分功率（約90%）用于模擬電路，因此應(yīng)將其視為模擬組件。A/D的+5-V電源應(yīng)與系統(tǒng)數(shù)字邏輯的+5 V電源分開，以避免數(shù)字邏輯的開關(guān)噪聲影響轉(zhuǎn)換器性能。

（二）接地布局

ADS8505有三個(gè)接地引腳：DGND是數(shù)字電源接地，AGND2是模擬電源接地，AGND1是A/D內(nèi)部所有模擬信號(hào)的參考接地。為獲得最佳性能，應(yīng)將A/D的所有接地引腳連接到模擬接地平面，并與系統(tǒng)的數(shù)字邏輯接地分開。

（三）信號(hào)調(diào)理

ADS8505的采樣/保持FET開關(guān)釋放的電荷注入僅為其他CMOS A/D轉(zhuǎn)換器的5% - 10%，且具有電阻前端，可衰減釋放的電荷。因此，前端抗混疊濾波器的要求較低，任何適用于應(yīng)用信號(hào)的運(yùn)算放大器都可用于驅(qū)動(dòng)ADS8505。

（四）中間鎖存器

雖然ADS8505的并行端口具有三態(tài)輸出，但在轉(zhuǎn)換期間如果總線需要保持活躍，建議使用中間鎖存器。這是因?yàn)榧词笰/D處于三態(tài)，并行端口上快速開關(guān)信號(hào)的瞬態(tài)也可能通過襯底耦合到模擬電路，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器性能下降。

八、總結(jié)

ADS8505以其高精度、低功耗、寬輸入范圍等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)過程控制、數(shù)據(jù)采集、醫(yī)療設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中，需要充分理解其特性和使用要點(diǎn)，合理進(jìn)行布局和信號(hào)處理，以發(fā)揮出該轉(zhuǎn)換器的最佳性能。大家在使用ADS8505的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。