解析AD7890：8通道12位串行數據采集系統

在電子設計領域，數據采集系統的性能對于整個系統的穩定性和準確性起著至關重要的作用。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的AD7890，一款8通道12位串行數據采集系統，看看它有哪些獨特的特性和優勢。

文件下載：AD7890AN-10.pdf

一、AD7890的特性亮點

1. 高速12位ADC

AD7890配備了快速的12位ADC，轉換時間僅為5.9 μs，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。

2. 多通道輸入

它擁有八個單端模擬輸入通道，為用戶提供了豐富的信號采集選擇。同時，還支持不同的輸入范圍，如AD7890 - 10的±10 V、AD7890 - 4的0 V至4.096 V以及AD7890 - 2的0 V至2.5 V，可適應多種不同的應用場景。

3. 獨立訪問多路復用器和ADC

這一特性允許用戶在多路復用器和ADC之間插入抗混疊濾波器或信號調理電路。這樣一來，一個抗混疊濾波器就可以用于所有八個通道，大大節省了成本和電路板空間。

4. 片上功能豐富

片上集成了跟蹤/保持放大器、參考源和高速串行接口。跟蹤/保持放大器能夠在轉換過程中保持輸入信號的穩定，參考源為ADC提供了穩定的參考電壓，而高速串行接口則方便與微控制器和數字信號處理器進行連接。

5. 低功耗設計

AD7890采用單電源供電，正常模式下的功耗較低，典型值為30 mW，最大為50 mW。此外，它還具備掉電模式，典型功耗僅為75 μW，能夠有效降低系統的整體功耗。

二、AD7890的工作原理

1. 整體架構

AD7890包含輸入多路復用器、片上跟蹤/保持放大器、高速12位ADC、2.5 V參考源和高速串行接口。它通過單5 V電源供電，能夠處理不同范圍的模擬輸入信號。

2. 多路復用器操作

多路復用器可獨立訪問，用戶可以根據需要在多路復用器和ADC之間添加抗混疊濾波器或信號調理電路。通過連接外部電容，用戶可以調整多路復用器的穩定時間，以適應濾波器或信號調理電路中的外部延遲。

3. 數據輸出

AD7890通過高速雙向串行接口端口提供輸出數據。片上控制寄存器允許通過串行端口控制通道選擇、轉換啟動和掉電操作。其靈活的高速邏輯確保了與微控制器和數字信號處理器的串行端口輕松接口。

三、性能指標

1. 動態性能

在使用外部CONVST信號時，對于任何通道，信號與（噪聲 + 失真）比（SINAD）最小值為70 dB（fIN = 10 kHz正弦波，fSAMPLE = 100 kHz），總諧波失真（THD）最大值為 - 77 dB，峰值諧波或雜散噪聲最大值為 - 78 dB，二階互調失真典型值為 - 80 dB（fa = 9 kHz，fb = 9.5 kHz，fSAMPLE = 100 kHz），通道間隔離度（三階項）最大值為 - 80 dB（fIN = 1 kHz正弦波）。

2. 直流精度

分辨率為12位，相對精度最大為±1 LSB（A和S版本）或±0.5 LSB（B版本），差分非線性最大為±1 LSB，正滿量程誤差最大為±2.5 LSB，滿量程誤差匹配最大為2 LSB。

3. 模擬輸入

不同型號的AD7890具有不同的輸入電壓范圍和輸入電阻。例如，AD7890 - 10的輸入電壓范圍為±10 V，輸入電阻最小為20 kΩ；AD7890 - 4的輸入電壓范圍為0至4.096 V，輸入電阻最小為11 kΩ；AD7890 - 2的輸入電壓范圍為0至2.5 V，輸入電流最大為200 nA。

4. 參考輸出/輸入

參考輸入電壓范圍為2.375/2.625 V，輸入阻抗最小為1.6 kΩ，輸入電容最大為10 pF。參考輸出電壓標稱值為2.5 V，25°C時的參考輸出誤差最大為±10 mV，參考輸出溫度系數典型值為±20 ppm/°C（A和S版本）或±25 ppm/°C（B版本），參考輸出阻抗標稱值為2 kΩ。

5. 邏輯輸入/輸出

邏輯輸入高電壓最小值為2.4 V，低電壓最大值為0.8 V，輸入電流最大為±10 μA，輸入電容最大為10 pF。邏輯輸出高電壓最小值為4.0 V（ISOURCE = 200 μA），低電壓最大值為0.4 V（ISINK = 1.6 mA）。

6. 轉換速率

轉換時間最大為5.9 μs（fCLK IN = 2.5 MHz，MUX OUT連接到SHA IN），跟蹤/保持采集時間最大為2 μs。

7. 電源要求

電源電壓標稱值為5 V，允許±5%的波動。正常模式下的電流最大為10 mA，待機模式下的電流典型值為15 μA（25°C）。正常模式下的功耗最大為50 mW，典型值為30 mW；待機模式下的功耗典型值為75 μW（25°C）。

四、引腳配置和功能描述

1. 引腳配置

AD7890采用24引腳封裝，包括模擬地（AGND）、數字地（DGND）、電源（VDD）、時鐘輸入（CLK IN）、串行時鐘（SCLK）、轉換啟動（CONVST）等引腳。

2. 功能描述

• SMODE：控制輸入，決定器件工作在外部時鐘（從模式）還是自時鐘（主模式）串行模式。
• CEXT：外部電容引腳，用于確定內部脈沖的長度。
• CONVST：轉換啟動輸入，上升沿觸發，啟動轉換過程。
• CLK IN：時鐘輸入，為轉換序列提供時鐘源。
• SCLK：串行時鐘輸入/輸出，用于加載串行數據到控制寄存器和從輸出寄存器訪問數據。
• TFS：發送幀同步脈沖，低電平有效。
• RFS：接收幀同步脈沖，在外部時鐘模式下為輸入，自時鐘模式下為輸出。
• DATA OUT：串行數據輸出，提供16位串行數據。
• DATA IN：串行數據輸入，用于加載數據到控制寄存器。
• MUX OUT：多路復用器輸出，輸出電壓范圍為0至2.5 V。
• SHA IN：跟蹤/保持輸入，輸入電壓范圍為0至2.5 V。
• VIN1 - VIN8：單端模擬輸入通道，不同型號的輸入電壓范圍不同。
• REF OUT/REF IN：電壓參考輸出/輸入，可使用內部參考或外部參考源。

五、應用與注意事項

1. 應用場景

AD7890適用于各種需要多通道數據采集的應用，如工業自動化、儀器儀表、醫療設備等。其高速轉換和低功耗特性使其在這些領域具有很大的優勢。

2. 注意事項

• ESD防護：AD7890是靜電放電（ESD）敏感器件，在操作過程中需要采取適當的ESD防護措施，以避免性能下降或功能喪失。
• 電源穩定性：為了確保AD7890的正常工作，需要提供穩定的電源，電源電壓的波動應控制在±5%以內。
• 抗混疊濾波器：在使用多路復用器和ADC之間的抗混疊濾波器時，需要根據實際應用選擇合適的濾波器參數，以確保信號的準確性。

AD7890作為一款高性能的8通道12位串行數據采集系統，具有高速、低功耗、多通道等諸多優點。在實際應用中，電子工程師可以根據具體需求合理選擇和使用AD7890，以實現高效、準確的數據采集。大家在使用AD7890的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。