AD7386/AD7387/AD7388：高速SAR ADC的卓越之選

在電子設計領域，模擬 - 數字轉換器（ADC）是連接模擬世界和數字世界的關鍵橋梁。今天，我們來深入了解Analog Devices推出的AD7386/AD7387/AD7388系列4通道、4 MSPS、16位/14位/12位、雙路同時采樣SAR ADC。

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產品概述

AD7386/AD7387/AD7388是一系列高性能的SAR ADC，它們具有多種位數可選（16位、14位、12位），能夠滿足不同應用場景對分辨率的需求。這些ADC采用單端模擬輸入，擁有4個通道和2:1多路復用器，支持通道序列器模式，最高吞吐量可達4 MSPS。

主要特性

• 高分辨率與高精度：提供16位、14位、12位三種分辨率選擇，滿足不同精度要求。INL（典型值）方面，AD7386為±1.5 LSB，AD7387為±0.5 LSB，AD7388為±0.2 LSB。
• 出色的動態性能：SNR（典型值）表現優秀，例如AD7386在(V{REF }=3.3 ~V)外部參考時可達87.5 dB，AD7387為84 dB，AD7388為73.8 dB。在(OSR =8)、(V{REF }=2.5 ~V)內部參考時，AD7386的SNR可達93 dB。
• 片上功能豐富：具備片上過采樣功能，可提高動態范圍和降低噪聲；支持分辨率提升功能；擁有2.5 V內部參考，溫度系數最大為10 ppm/°C；還具備警報功能。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為?40°C至+125°C，適用于各種惡劣環境。
• 小封裝設計：采用16引腳、3 mm × 3 mm LFCSP封裝，節省電路板空間。

應用領域

該系列ADC適用于多種應用場景，包括但不限于：

• 電機控制：用于電機控制的位置反饋和電流傳感，確保電機的精確控制。
• 聲納系統：為聲納設備提供高精度的信號采集，提高探測精度。
• 電力質量監測：實時監測電力系統的各項參數，保障電力供應的穩定性。
• 數據采集系統：廣泛應用于各種數據采集場合，提供準確的數據轉換。
• 摻鉺光纖放大器（EDFA）：在光通信領域發揮重要作用，提升信號質量。
• 同相和正交解調：用于無線通信等領域，實現信號的準確解調。

工作原理

電路結構

AD7386/AD7387/AD7388包含兩個SAR ADC、一個多路復用器、一個序列器和一個帶有兩個獨立數據輸出引腳的串行接口。它們采用16引腳LFCSP封裝，相比其他解決方案具有顯著的空間優勢。

轉換過程

ADC基于兩個電容式DAC工作。在采集階段，采樣電容陣列獲取輸入信號；轉換開始時，控制邏輯和電荷再分配DAC調整電容式DAC的電荷量，使比較器重新平衡，從而完成轉換。

模擬輸入結構

模擬輸入結構包含兩個用于ESD保護的二極管，以及電容和電阻元件。C1電容通常為3 pF，主要歸因于引腳電容；R1電阻約為200 Ω；C2采樣電容典型值為15 pF。

ADC傳輸函數

該系列ADC使用2.5 V至3.3 V的參考電壓，將模擬輸入電壓轉換為數字輸出。轉換結果為MSB優先的直二進制格式，LSB大小取決于分辨率和參考電壓。

工作模式

通道選擇

通過設置CONFIGURATION1寄存器中的CH位，可以選擇要轉換的ADC通道對（AINA0/AINB0或AINA1/AINB1）。如果通道發生變化，ADC需要額外的建立時間，通道切換時的最大吞吐量為2 MSPS。

序列器

可以通過CONFIGURATION1寄存器中的SEQ位配置序列器。當SEQ位設置為1時，序列器啟用，自動循環通過AINx0和AINx1通道進行轉換。同樣，通道切換時需要額外的建立時間，最大吞吐量為2 MSPS。

過采樣

AD7386/AD7387/AD7388提供兩種過采樣模式：正常平均過采樣和滾動平均過采樣。

• 正常平均過采樣：適用于允許較慢輸出數據速率且需要更高SNR或動態范圍的應用。通過對多個樣本進行求和并求平均值，減少量化噪聲和熱噪聲。輸出結果會根據不同型號進行降采樣，如需更高分辨率，可配置RES位。
• 滾動平均過采樣：適用于需要較高輸出數據速率且需要更高SNR或動態范圍的應用。使用FIFO緩沖區存儲最近的樣本，ADC吞吐量和輸出數據速率保持不變。

分辨率提升

當片上過采樣功能啟用時，通過設置CONFIGURATION1寄存器中的RES位為1，可以將轉換結果的分辨率提高2位。例如，AD7386的轉換結果大小可從16位提升到18位。

警報功能

警報功能可作為超出范圍的指示器。當轉換結果超出ALERT_HIGH_THRESHOLD寄存器中的上限值或低于ALERT_LOW_THRESHOLD寄存器中的下限值時，會觸發警報事件。通過配置相關寄存器，可以將警報信號輸出到SDOB/ALERT引腳。

電源模式

該系列ADC有正常模式和掉電模式兩種電源模式。可以通過CONFIGURATION1寄存器中的PMODE位進行配置。

• 正常模式：保持ADC全速運行，所有模塊始終供電，可通過(overline{CS})的下降沿啟動轉換。不進行轉換時，設備進入靜態模式，功耗自動降低。
• 掉電模式：適用于需要較低吞吐量和功耗的應用。進入掉電模式后，模擬電路和內部參考（如果啟用）將關閉，但串行接口仍保持活動，以便退出掉電模式。

接口與寄存器配置

接口

AD7386/AD7387/AD7388通過SPI接口進行通信，包括(overline{CS})、SCLK、SDOA、SDOB/ALERT和SDI引腳。(overline{CS})信號用于啟動轉換和幀定界，SCLK信號用于同步數據傳輸。

讀取轉換結果

轉換結果在(overline{CS})的下降沿啟動轉換后，經過一個周期的延遲，可在下一次SPI訪問時讀取。轉換結果通過SDOA和SDOB/ALERT引腳輸出，輸出位數取決于設備分辨率和配置。

寄存器配置

該系列ADC具有多個用戶可編程的片上寄存器，用于配置設備的各種功能。例如，CONFIGURATION1寄存器用于設置通道選擇、序列器、過采樣模式、CRC功能等；CONFIGURATION2寄存器用于設置串行輸出模式和復位功能。

應用注意事項

信號鏈連接

在實際應用中，需要對(VCC)、VLOGIC、REGCAP和REFIO引腳進行適當的去耦。模擬輸入應放置差分RC濾波器，推薦電阻(R = 33 Omega)，電容(C = 330 pF)。同時，要注意數字接口的噪聲問題，可通過縮短數字線路長度或在SDOA和SDOB/ALERT引腳附近串聯100 Ω電阻來降低噪聲。

電源供應

典型應用電路可由單個5 V電壓源供電，通過LDO調節器為(VCC)和VLOGIC提供穩定的電源。外部參考應在(VCC)和VLOGIC施加后再接入，模擬和數字信號應在外部參考接入后再施加。

復位操作

該系列ADC有軟復位和硬復位兩種模式。軟復位刷新接口和ADC模塊，清除警報寄存器和過采樣塊；硬復位將所有用戶寄存器恢復到默認狀態，重置參考緩沖器和內部振蕩器。

CRC功能

AD7386/AD7387/AD7388支持CRC校驗功能，可提高接口的魯棒性。可以獨立選擇SPI讀和寫操作的CRC功能，通過配置CONFIGURATION1寄存器中的CRC_W和CRC_R位來啟用。

總結

AD7386/AD7387/AD7388系列SAR ADC以其高分辨率、出色的動態性能、豐富的片上功能和靈活的配置選項，為電子工程師提供了一個強大的工具。無論是在電機控制、聲納系統還是數據采集等領域，都能發揮重要作用。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理配置寄存器，注意信號鏈連接和電源供應等問題，以充分發揮這些ADC的性能優勢。你在使用類似ADC時遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗。