在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。今天我們要深入探討的是德州儀器（Texas Instruments）的ADS1271，一款24位的delta - sigma ADC，它在DC精度和AC性能方面都有著出色的表現(xiàn)。

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一、ADS1271概述

ADS1271是一款集卓越DC精度與優(yōu)異AC性能于一身的24位delta - sigma ADC。它由一個(gè)先進(jìn)的6階斬波穩(wěn)定delta - sigma調(diào)制器和一個(gè)低紋波線(xiàn)性相位FIR濾波器組成。調(diào)制器用于測(cè)量差分輸入信號(hào)$V{IN}=(AINP - AINN)$ 與差分參考$V{REF}=(VREFP - VREFN)$ ，數(shù)字濾波器則接收調(diào)制器信號(hào)并提供低噪聲數(shù)字輸出。

二、關(guān)鍵特性分析

2.1 電氣特性

ADS1271的電氣特性涵蓋了模擬輸入、電壓參考輸入、數(shù)字輸入/輸出等多個(gè)方面。

• 模擬輸入：測(cè)量差分輸入信號(hào)$V_{IN}=(AINP - AINN)$ ，絕對(duì)輸入電壓范圍為$AGND - 0.1V$ 到$AVDD + 0.1V$ ，共模輸入電壓為2.5V。不同模式下的差分輸入阻抗有所不同，高速和高分辨率模式為16.4kΩ，低功耗模式為32.8kΩ。
• 電壓參考輸入：參考輸入電壓$V_{REF}=(VREFP - VREFN)$ 范圍為2.0V到2.65V，不同模式下的參考輸入阻抗也不同，高速和高分辨率模式為4.2kΩ，低功耗模式為8.4kΩ。
• 數(shù)字輸入/輸出：數(shù)字輸入的高電平閾值$V{IH}$ 為0.7DVDD到DVDD，低電平閾值$V{IL}$ 為DGND到0.3DVDD；數(shù)字輸出的高電平$V{OH}$ 為0.8DVDD到DVDD，低電平$V{OL}$ 為DGND到0.2DVDD。

2.2 工作模式選擇

需要注意的是，改變模式會(huì)清除內(nèi)部偏移校準(zhǔn)值，如果使用板載偏移校準(zhǔn)，模式改變后需要重新校準(zhǔn)。

2.3 串行接口

為了方便與微控制器或DSP連接，ADS1271提供了兩種串行接口格式：SPI和Frame - Sync。

• SPI格式：是一種簡(jiǎn)單的只讀接口，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后由DRDY輸出指示，并在SCLK的下降沿以MSB優(yōu)先的方式移出。
• Frame - Sync格式：類(lèi)似于音頻ADC常用的接口，用戶(hù)需要提供幀同步信號(hào)FSYNC和串行時(shí)鐘SCLK，數(shù)據(jù)以MSB優(yōu)先或左對(duì)齊的方式輸出。

三、應(yīng)用注意事項(xiàng)

3.1 電源供應(yīng)

ADS1271需要兩個(gè)電源：DVDD（1.65V - 3.6V）和AVDD（4.75V - 5.25V），最佳性能時(shí)$DVDD = 1.8V$ 。對(duì)于兩個(gè)電源，建議使用靠近器件引腳的10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容進(jìn)行旁路，或者使用單個(gè)10μF陶瓷電容。電源應(yīng)盡量減少噪聲，避免與產(chǎn)生電壓尖峰的設(shè)備共享。

3.2 接地平面

可以使用連接AGND和DGND引腳的單個(gè)接地平面，如果使用單獨(dú)的數(shù)字和模擬接地，應(yīng)在轉(zhuǎn)換器處將它們連接在一起。

3.3 數(shù)字輸入

建議使用50Ω串聯(lián)電阻對(duì)數(shù)字輸入進(jìn)行源端匹配，電阻應(yīng)靠近數(shù)字源的驅(qū)動(dòng)端放置，以減少數(shù)字線(xiàn)路上的振鈴。

3.4 模擬/數(shù)字電路布局

模擬電路（輸入緩沖器、參考）和相關(guān)走線(xiàn)應(yīng)集中放置，并遠(yuǎn)離數(shù)字電路（DSP、微控制器、邏輯），避免數(shù)字走線(xiàn)跨越模擬走線(xiàn)，以減少噪聲耦合和串?dāng)_。

3.5 參考輸入

建議在參考輸入VREFP和VREFN之間直接使用10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容，參考輸入應(yīng)由低阻抗源驅(qū)動(dòng)，最佳參考的寬帶噪聲應(yīng)小于3μVRMS，對(duì)于噪聲較高的參考，可能需要外部參考濾波。

3.6 模擬輸入

模擬輸入引腳必須進(jìn)行差分驅(qū)動(dòng)，可使用真正的差分驅(qū)動(dòng)器或變壓器（AC應(yīng)用）。模擬輸入走線(xiàn)（AINP、AINN）應(yīng)作為一對(duì)從緩沖器到轉(zhuǎn)換器進(jìn)行短而直接的布線(xiàn)，并遠(yuǎn)離數(shù)字走線(xiàn)。在模擬輸入引腳之間直接使用1nF - 10nF電容，每個(gè)模擬輸入到地的電容應(yīng)不大于差分電容的1/10（通常為100pF），以保持AC共模性能。

四、總結(jié)

ADS1271憑借其出色的DC和AC性能、靈活的工作模式以及方便的串行接口，成為了工業(yè)測(cè)量、振動(dòng)/模態(tài)分析、聲學(xué)等領(lǐng)域的理想選擇。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格遵循應(yīng)用注意事項(xiàng)，合理布局電路和選擇外部元件，能夠充分發(fā)揮ADS1271的性能優(yōu)勢(shì)，為系統(tǒng)的高精度和穩(wěn)定性提供保障。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨根據(jù)具體需求深入挖掘ADS1271的潛力，你是否在使用類(lèi)似的ADC時(shí)遇到過(guò)一些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。