深入剖析ADS7845：觸摸屏幕控制器的卓越之選

在電子設備飛速發展的今天，觸摸屏幕技術已經成為了眾多設備不可或缺的一部分。而ADS7845作為一款專門的觸摸屏幕控制器，以其出色的性能和豐富的特性，在市場上占據了重要的地位。今天，我們就來深入剖析一下這款器件。

文件下載：ads7845.pdf

一、ADS7845概述

ADS7845是一款12位采樣的模數轉換器（ADC），具備同步串行接口和低導通電阻開關，專為驅動觸摸屏幕而設計。它采用單電源供電，電壓范圍為2V至5V，最高轉換速率可達125kHz，還支持可編程的8位或12位分辨率，同時擁有輔助模擬輸入和全功率關斷控制功能。這些特性使得它在個人數字助理、便攜式儀器、銷售點終端、尋呼機和觸摸屏顯示器等眾多應用場景中表現出色。

二、關鍵特性解析

（一）電氣特性

ADS7845的電氣特性十分出色。它的分辨率最高可達12位，能夠提供高精度的轉換結果。在模擬輸入方面，全量程輸入跨度為0 - (V{REF})，絕對輸入范圍為 - 0.2V至(V{REF}+0.2V)，輸入電容為25pF，泄漏電流較小，正輸入和負輸入的泄漏電流分別為(V{REF})和(+V{CC}+0.2)時為25μA和0.1μA。噪聲方面，噪聲功率為30μVrms，電源抑制比可達70dB，能夠有效減少外界干擾對轉換結果的影響。

（二）開關驅動與采樣動態特性

開關驅動和采樣動態特性也是ADS7845的一大亮點。轉換時間為3 - 12個時鐘周期，采集時間為500個時鐘周期，吞吐量速率最高可達125kHz，多路復用器建立時間為100ns，孔徑延遲為100ns，孔徑抖動為ps級別，通道間隔離度為dB級別。這些特性保證了它在高速轉換和多通道切換時的穩定性和準確性。

（三）參考輸入特性

參考輸入范圍為1V至(+V{CC})，電阻為5Ω，輸入電流為13μA（(V{REF}=2.5V)，(f_{SAMPLE}=125kHz)）。需要注意的是，參考電壓的變化會影響每個數字輸出代碼的模擬電壓權重，即LSB大小。當參考電壓降低時，A/D轉換器固有的任何失調或增益誤差在LSB大小方面會顯得更大，因此在使用較低參考電壓時，需要注意提供干凈的布局和低噪聲的電源、參考和輸入信號。

（四）數字輸入/輸出特性

數字輸入/輸出方面，邏輯家族為CMOS，數據格式為直二進制。除PENIRQ外，邏輯電平(V{IH})、(V{IL})、(V{OH})、(V{OL})都有明確的規定。PENIRQ的(V_{OL})在特定條件下也有相應的要求。

（五）電源供應要求

電源供應要求方面，(+V{CC})的范圍為2.7V至5.5V，靜態電流在不同工作模式下有所不同，正常工作時為280μA，關機模式下（(DCLK = DIN = +V{CC})）為3μA，功耗在不同工作模式下也有相應的變化。

（六）溫度范圍

溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，能夠適應較為惡劣的工作環境。

三、工作原理詳解

（一）基本架構

ADS7845是一款經典的逐次逼近寄存器（SAR）模數轉換器，基于電容再分配架構，本身具備采樣/保持功能，采用0.6μs CMOS工藝制造。它需要外部參考電壓和外部時鐘，單電源供電范圍為2.0V至5.25V，外部參考電壓范圍為1V至(+V_{CC})，參考電壓直接決定了轉換器的輸入范圍。

（二）模擬輸入

模擬輸入通過WIPER輸入提供。在測量模式下，通過不同的面板連接方式可以進行X和Y位置的測量。通過保持轉換器的差分輸入和差分參考架構，可以消除開關導通電阻誤差。輸入多路復用器和A/D轉換器的差分輸入以及差分參考之間的關系由控制位A2、A1、A0和SER/DFR決定。在采樣期間，模擬源需要對內部采樣電容（典型值為25pF）進行充電，充電完成后不再有輸入電流。

（三）參考輸入

參考輸入的電壓差決定了模擬輸入范圍。(V_{REF})輸入的電壓直接驅動電容數模轉換器（CDAC）部分，輸入電流會根據轉換結果和轉換速率、參考電壓而變化。在開關驅動開啟的測量中，需要注意參考電壓的設置。在單端參考模式下，外部設備僅在采集期間供電；而在差分參考模式下，外部設備在采集和轉換期間都需要供電，可能會增加功耗。

（四）數字接口

數字接口方面，每次通信由8個時鐘周期組成，一次完整的轉換需要24個時鐘周期?？刂谱止澩ㄟ^DIN引腳串行提供，其中包含了控制位S、A2 - A0、MODE、SER/DFR、PD1 - PD0。這些控制位分別控制著轉換的起始、通道選擇、分辨率、參考模式和功率模式。

四、功耗與布局考慮

（一）功耗分析

ADS7845有全功率（(PD1 - PD0 = 11{B})）和自動功率關斷（(PD1 - PD0 = 00{B})）兩種主要功率模式。轉換速率和DCLK頻率的設置會影響兩種模式下的功耗差異。此外，參考模式也會對功耗產生影響，差分參考模式在高轉換速率下可能會顯著增加功耗。

（二）布局建議

為了獲得最佳性能，在布局時需要注意以下幾點：

1. 電源要干凈且有良好的旁路電容，0.1μF陶瓷旁路電容應盡量靠近器件，若(+V_{CC})與電源之間的連接阻抗較高，可能還需要1μF至10μF的電容。
2. 參考電壓同樣需要用0.1μF電容旁路，若參考電壓來自運算放大器，要確保其能驅動旁路電容而不產生振蕩。
3. GND引腳應連接到干凈的接地點，避免靠近微控制器或數字信號處理器的接地點，理想情況下應設置專用的模擬接地平面。
4. 與電阻式觸摸屏連接時，連接應盡量短且牢固，以減少誤差。

五、PENIRQ輸出功能

PENIRQ輸出功能通過連接上拉電阻到(V_{CC})（典型值為100kΩ）使其輸出為高電平。在電源關斷模式下（(PD0 = PD1 = 0)），右下角面板連接到GND，PENIRQ輸出連接到WIPER輸入。當面板被觸摸時，PENIRQ輸出變低，觸發處理器中斷。在X和Y位置測量周期內，PENIRQ輸出二極管會內部連接到GND，WIPER與PENIRQ二極管斷開，以消除上拉電阻的泄漏電流。

六、總結

ADS7845作為一款優秀的觸摸屏幕控制器，憑借其高精度、低功耗、高速轉換等特性，在觸摸屏幕應用領域具有很強的競爭力。在實際設計中，我們需要充分考慮其電氣特性、工作原理、功耗和布局等方面的因素，以確保其性能的充分發揮。各位工程師在使用過程中，是否也遇到過一些獨特的問題或者有一些巧妙的解決方案呢？歡迎在評論區分享交流。