在電子工程師的日常設計工作中，選擇一款合適的A/D轉換器至關重要。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（Texas Instruments）的ADS7862，這是一款高速、低功耗的雙12位A/D轉換器，在眾多應用場景中都有著出色的表現。

文件下載：ads7862.pdf

一、產品概述

ADS7862是一款雙12位、500kHz的模擬 - 數字轉換器（A/D），具有4個全差分輸入通道，分為兩對，可實現高速同步信號采集。其輸入到采樣保持放大器是全差分的，并保持到A/D轉換器輸入的差分特性，在50kHz時提供80dB的出色共模抑制比，這在高噪聲環境中尤為重要。該轉換器提供并行接口和控制輸入，以減少軟件開銷，每個通道的輸出數據為12位字。它采用TQFP - 32封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C。

二、產品特性

2.1 高性能指標

• 分辨率：12位分辨率，能夠提供較為精確的數字輸出。
• 采樣率：有效采樣率可達1MHz，每個通道總吞吐量為2μs。
• 低功耗：功耗僅為40mW，適合對功耗要求較高的應用場景。
• 無丟失碼：保證了轉換結果的準確性和可靠性。

2.2 輸入特性

• 全差分輸入：4個全差分輸入通道，能有效抑制共模噪聲。
• 輸入范圍：模擬輸入電壓范圍為 - VREF至 + VREF，以內部 + 2.5V參考電壓為中心。

2.3 接口特性

• 并行接口：提供并行接口和控制輸入，便于與其他設備連接，減少軟件開銷。

三、應用領域

ADS7862適用于多種應用場景，如電機控制、多軸定位系統和三相功率控制等。在這些應用中，其高速同步采樣和高精度轉換的特性能夠滿足對信號實時采集和處理的要求。

四、技術細節分析

4.1 參考電壓

ADS7862的內部參考電壓為 + 2.5V，通過將REF_OUT引腳（引腳2）直接連接到REF_IN引腳（引腳1），可為芯片提供內部參考電壓。同時，該芯片也支持使用1.2V至2.6V的外部參考電壓，對應全量程范圍為2.4V至5.2V。內部參考是雙緩沖的，若使用內部參考驅動外部負載，參考和負載之間有緩沖，典型可提供2mA電流，負載電容不超過100pF；若使用外部參考，第二個緩沖提供外部參考和CDAC之間的隔離，并在轉換期間為CDAC的所有電容充電。

4.2 模擬輸入

模擬輸入為雙極性和全差分，驅動方式有單端和差分兩種。單端輸入時， - IN輸入保持在共模電壓， + IN輸入圍繞相同共模電壓擺動，峰 - 峰幅度為（共模 + VREF）和（共模 - VREF），VREF的值決定共模電壓的變化范圍。差分輸入時，輸入幅度為 + IN和 - IN輸入之差，每個輸入的峰 - 峰幅度為 ± 1 / 2 VREF圍繞共模電壓，由于輸入相位相差180°，差分電壓的峰 - 峰幅度為 - VREF至 + VREF。轉換通過將CONVST引腳拉低至少15ns來啟動，此時兩個采樣保持放大器同時進入保持狀態，轉換過程在兩個通道同時開始，BUSY輸出變高并在轉換周期內保持高電平。

4.3 采樣保持部分

采樣保持放大器使A/D能夠將滿量程幅度的輸入正弦波準確轉換為12位精度。即使A/D以500kHz的最大吞吐量速率運行，采樣保持的輸入帶寬也大于A/D的奈奎斯特速率（奈奎斯特速率等于采樣率的一半），典型小信號帶寬為40MHz。典型孔徑延遲時間（即CONVST脈沖后從采樣模式切換到保持模式所需的時間）為3.5ns，重復孔徑延遲值的平均差值（即孔徑抖動）典型為50ps，這保證了ADS7862能在同一時刻準確捕獲交流輸入信號。

4.4 噪聲性能

通過對直流輸入進行8000次轉換后的直方圖分析，顯示了ADS7862出色的噪聲性能。在大多數轉換中，輸出代碼結果一致，僅有一次轉換出現了微小偏差。

4.5 雙極性輸入

ADS7862的差分輸入設計用于接受圍繞內部參考電壓（2.5V）的雙極性輸入（ - VREF和 + VREF），對應0V至5V的輸入范圍（2.5V參考）。通過一個簡單的運算放大器電路，使用一個放大器和四個外部電阻，可將ADS7862配置為接受常規的 ± 2.5V、 ± 5V和 ± 10V輸入范圍。

4.6 時序和控制

ADS7862使用外部時鐘（CLOCK引腳19）控制CDAC的轉換速率。8MHz外部時鐘時，A/D采樣率為500kHz，對應最大吞吐量時間為2μs。轉換模式、基本讀寫功能以及啟動轉換等操作都有明確的時序要求，詳細的時序圖和說明有助于工程師準確設計和調試電路。例如，CONVST引腳拉低至少5ns后可拉高，ADS7862在CONVST命令下降沿從采樣模式切換到保持模式，外部時鐘第一個上升沿后開始轉換，A0輸入需在CONVST引腳拉低前250ns選定，BUSY輸出在CONVST拉低后立即變高，轉換結束后變低。

五、布局注意事項

為了實現ADS7862的最佳性能，物理布局至關重要，特別是當CLOCK輸入接近最大吞吐量速率時。基本的逐次逼近寄存器（SAR）架構對電源、參考、接地連接和數字輸入上的毛刺或突然變化很敏感，這些變化可能會影響模擬比較器輸出鎖存前的轉換結果。因此，為ADS7862供電應干凈且有良好的旁路，在靠近器件處放置0.1μF陶瓷旁路電容，還可推薦使用1μF至10μF電容，必要時使用更大電容和5Ω或10Ω串聯電阻對噪聲電源進行低通濾波。AGND和DGND引腳應連接到干凈的接地點，理想布局應包括專門用于轉換器和相關模擬電路的模擬接地平面。

六、總結

ADS7862以其高速、低功耗、高精度和出色的抗干擾能力，成為電子工程師在設計中值得考慮的A/D轉換器之一。通過深入了解其特性、技術細節和布局要求，工程師可以更好地發揮該芯片的性能，滿足不同應用場景的需求。在實際應用中，你是否遇到過類似A/D轉換器的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。