在電子設計領域，模擬到數字的轉換是一個關鍵環節，關乎著整個系統的數據采集和處理能力。今天，我們就來深入探討德州儀器（Texas Instruments）的一款明星產品——ADS8345，一款16位、8通道串行輸出采樣的模擬 - 數字轉換器（ADC）。

文件下載：ads8345.pdf

一、產品概述

ADS8345是一款具有同步串行接口的8通道、16位采樣ADC。它采用單電源供電，電壓范圍為2.7V至5V，支持8通道單端或4通道差分輸入，最高轉換速率可達100kHz，SINAD（信納比）高達85dB。其封裝形式有QSOP - 20和SSOP - 20兩種，適用于多種應用場景，如數據采集、測試和測量設備、工業過程控制、個人數字助理以及電池供電系統等。

二、產品特性亮點

（一）兼容性與靈活性

ADS8345與ADS7844和ADS8344引腳兼容，這為工程師在進行產品升級或替換時提供了極大的便利，無需對電路板進行大規模的改動。

（二）寬電源電壓范圍

單電源供電范圍為2.7V至5V，使得該芯片能夠適應不同的電源環境，無論是電池供電的低功耗設備，還是常規的5V電源系統，都能穩定工作。

（三）多通道輸入模式

支持8通道單端或4通道差分輸入，滿足了不同應用場景下對輸入信號的采集需求。在需要采集多個獨立信號時，可以選擇單端輸入模式；而在對信號精度要求較高，需要抑制共模干擾時，則可以采用差分輸入模式。

（四）低功耗設計

典型功耗在100kHz吞吐量速率和+5V電源下僅為8mW，并且具備關機模式，可將功耗降低至15μW以下，非常適合電池供電的系統，能夠有效延長設備的續航時間。

（五）高轉換速率

最高轉換速率可達100kHz，能夠快速準確地將模擬信號轉換為數字信號，滿足高速數據采集的需求。

三、電氣特性分析

（一）不同電源電壓下的性能表現

文檔中詳細給出了在+5V和+2.7V電源電壓下的電氣特性參數。以分辨率為例，無論在何種電源電壓下，ADS8345都能保證16位的高分辨率，確保了數據采集的精度。在系統性能方面，如積分線性誤差、增益誤差等參數，也會隨著電源電壓的變化而有所不同。在+5V電源下，ADS8345E、N型號的積分線性誤差最大為±8LSB，而在+2.7V電源下，該誤差則變為±6LSB，這表明在較低電源電壓下，芯片的線性度表現更加出色。

（二）動態特性

動態特性是衡量ADC性能的重要指標之一。ADS8345在總諧波失真（THD）、信號 - 噪聲 + 失真比（SINAD）、無雜散動態范圍（SFDR）和通道間隔離度等方面都有著優異的表現。在VIN = 5Vp - p、10kHz的測試條件下，+5V電源時的SINAD可達85dB，SFDR可達98dB，這意味著該芯片能夠有效抑制諧波失真和雜散信號，提供高質量的數字輸出。

四、工作原理剖析

（一）SAR架構

ADS8345采用經典的逐次逼近寄存器（SAR）架構，基于電容重新分配原理，本身包含采樣和保持功能。這種架構具有轉換速度快、功耗低的優點，非常適合高速數據采集應用。

（二）外部參考和時鐘

芯片需要外部參考電壓和外部時鐘。外部參考電壓范圍為500mV至+VCC/2，其值直接決定了轉換器的輸入范圍。外部時鐘則用于控制轉換過程，時鐘速度通過公式fDCLK = 24·fSAMPLE決定轉換速率。

（三）模擬輸入

模擬輸入為雙極性且全差分，有單端和差分兩種驅動方式。在單端輸入時，COM輸入保持固定電壓，CHX輸入圍繞該電壓擺動，峰 - 峰幅度為2·VREF；在差分輸入時，輸入幅度為CHX和COM輸入的差值，每個輸入的峰 - 峰幅度為VREF。在實際應用中，需要注意驅動CHX和COM輸入的源的輸出阻抗匹配，否則可能會導致偏移誤差、增益誤差和線性誤差。

（四）數字接口

ADS8345具有4線串行接口，與多種微處理器家族兼容。通過控制字節的設置，可以選擇輸入通道、輸入模式（單端或差分）以及電源模式等。控制字節的第一個位（S位）必須為高，用于指示控制字節的開始；接下來的三位（A2 - A0）用于選擇輸入通道；SGL/DIF位用于控制輸入模式；最后兩位（PD1 - PD0）用于選擇電源模式和時鐘模式。

五、時鐘模式與數字時序

（一）時鐘模式

ADS8345支持外部時鐘模式和內部時鐘模式。在外部時鐘模式下，外部時鐘不僅用于數據的移位，還控制A/D轉換步驟；在內部時鐘模式下，芯片內部生成轉換時鐘，減輕了微處理器的負擔，并且可以在轉換完成后以任意時鐘速率讀取轉換結果。

（二）數字時序

文檔中詳細給出了數字接口的時序規格，包括采集時間、數據有效時間、時鐘高電平和低電平時間等參數。這些參數對于確保芯片與微處理器之間的正確通信至關重要，在設計電路時需要嚴格按照時序要求進行布局和布線。

六、數據格式與噪聲處理

（一）數據格式

輸出數據采用二進制補碼格式，這種格式便于微處理器進行數據處理和運算。文檔中給出了理想輸入電壓與輸出代碼的對應關系，為工程師進行數據解析提供了參考。

（二）噪聲處理

ADS8345本身的噪聲地板較低，但在實際應用中，仍然可能會受到輸入信號和參考電壓噪聲的影響。為了降低噪聲，可以采用平均法或數字濾波法。對于直流或低頻信號，可以通過平均多個轉換結果來降低過渡噪聲；對于交流信號，則可以使用數字濾波器進行低通濾波和抽取，提高信號 - 噪聲比。

七、布局注意事項

為了確保ADS8345的最佳性能，在電路板布局時需要特別注意以下幾點：

（一）電源和參考電壓

電源和參考電壓需要干凈且良好地去耦。在芯片附近放置0.1μF的陶瓷旁路電容，以減少電源和參考電壓的噪聲和紋波。對于噪聲較大的電源，可以使用1μF至10μF的電容和5Ω或10Ω的串聯電阻進行低通濾波。

（二）接地

GND引腳應連接到干凈的接地點，通常為模擬地。避免與微控制器或數字信號處理器的接地點過于接近，必要時可以直接從轉換器引出接地走線至電源入口點。理想的布局應包含一個專門用于轉換器和相關模擬電路的模擬接地平面。

（三）布線

在布線時，應盡量減少數字信號對模擬信號的干擾。將數字信號線和模擬信號線分開布線，避免交叉和并行。同時，要注意信號線的長度和阻抗匹配，以減少信號反射和衰減。

八、總結

ADS8345是一款功能強大、性能優異的16位8通道串行輸出采樣ADC。它具有寬電源電壓范圍、多通道輸入模式、低功耗設計、高轉換速率等優點，適用于多種應用場景。在使用過程中，工程師需要深入了解其電氣特性、工作原理、時鐘模式、數字時序、數據格式和噪聲處理等方面的知識，并嚴格按照布局要求進行電路板設計，以充分發揮該芯片的性能優勢。你在使用ADS8345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。