AD7893：高性能串行 12 位 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，我們要深入探討一款性能出色的 ADC——AD7893，它以其高速、低功耗和緊湊的封裝設計，在眾多應用場景中展現出獨特的優勢。

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一、AD7893 概述

AD7893 是一款快速的 12 位 ADC，采用 Analog Devices 的 Linear Compatible CMOS（LC2MOS）工藝制造，可在單 +5V 電源下工作。它被封裝在小巧的 8 引腳 mini - DIP 或 8 引腳 SOIC 中，內部集成了 6μs 逐次逼近型 A/D 轉換器、片上跟蹤/保持放大器、片上時鐘和高速串行接口。

（一）主要特性

1. 高速轉換：具備 6μs 的轉換時間，能夠快速完成模擬信號到數字信號的轉換，滿足高速數據采集的需求。
2. 多種輸入范圍選擇：提供了不同的輸入范圍選項，如 AD7893 - 10 支持 ±10V，AD7893 - 3 支持 ±2.5V，AD7893 - 5 支持 0V 到 +5V，AD7893 - 2 支持 0V 到 +2.5V，可適應多種不同的應用場景。
3. 低功耗：典型功耗僅為 25mW，非常適合電池供電或便攜式應用，有助于延長設備的續航時間。
4. 高速串行接口：采用兩線串行接口，包括串行時鐘輸入（SCLK）和串行數據輸出（SDATA），方便與微控制器、DSP 處理器和移位寄存器等設備進行連接。

二、技術參數解析

（一）動態性能

在動態性能方面，AD7893 表現出色。在 +25°C 時，信號與（噪聲 + 失真）比（SNR）、總諧波失真（THD）、峰值諧波或雜散噪聲等指標在不同版本（A、B、S 版本）下均有良好的表現。例如，在輸入為 10kHz 正弦波、采樣頻率為 117kHz 的條件下，SNR 最低可達 70dB，THD 最高為 - 80dB。

（二）直流精度

AD7893 的分辨率為 12 位，并且保證在 12 位分辨率下無丟失碼。相對精度、差分非線性、正滿量程誤差、單極性偏移誤差、雙極性零誤差等直流精度指標也都有明確的規定，確保了轉換結果的準確性。

（三）模擬輸入

不同型號的 AD7893 具有不同的輸入電壓范圍和輸入電阻。例如，AD7893 - 10 的輸入電壓范圍為 ±10V，輸入電阻最小為 16kΩ；AD7893 - 3 的輸入電壓范圍為 ±2.5V，輸入電阻最小為 4kΩ 等。

（四）參考輸入

參考輸入電壓范圍為 2.375/2.625V（2.5V ± 5%），最大輸入電流為 2 - 10μA，最大輸入電容為 10pF。合適的參考源對于保證 AD7893 的性能至關重要，像 AD780 和 AD680 等精密 +2.5V 參考源就是不錯的選擇。

（五）邏輯輸入和輸出

邏輯輸入的高、低電壓和輸入電流等參數都有明確的規定，邏輯輸出的高、低電壓也有相應的要求。輸出編碼方面，AD7893 - 10 和 AD7893 - 3 采用二進制補碼，AD7893 - 2 和 AD7893 - 5 采用自然二進制。

（六）轉換速率

轉換時間為 6μs 最大，跟蹤/保持采集時間為 1.5μs 最大，這使得 AD7893 能夠快速完成轉換過程，提高數據采集的效率。

三、工作原理與電路設計

（一）轉換過程

轉換通過脈沖觸發 CONVST 輸入來啟動。在 CONVST 的上升沿，片上跟蹤/保持放大器從跟蹤模式切換到保持模式，轉換序列開始。轉換時鐘由內部的激光微調時鐘振蕩器電路生成。

（二）模擬輸入部分

不同型號的 AD7893 模擬輸入結構有所不同。例如，AD7893 - 10、AD7893 - 5 和 AD7893 - 3 的模擬輸入部分包含不同的電阻網絡，以適應不同的輸入電壓范圍。而 AD7893 - 2 的模擬輸入部分沒有偏置電阻，VIN 引腳直接驅動輸入到跟蹤/保持放大器。

（三）跟蹤/保持部分

跟蹤/保持放大器能夠使 ADC 準確地將滿量程幅度的輸入正弦波轉換為 12 位精度的數字信號。其輸入帶寬大于 ADC 的奈奎斯特速率，在 ADC 以最大吞吐量 117kHz 運行時，跟蹤/保持放大器可以處理超過 58kHz 的輸入頻率。

（四）參考輸入部分

參考輸入在片上進行緩沖，最大參考輸入電流為 1μA。參考源的誤差會導致 AD7893 傳輸函數的增益誤差，并增加規定的滿量程誤差。

（五）時序和控制部分

為了獲得最佳性能，需要遵循特定的時序和控制序列。轉換在 CONVST 的上升沿啟動，6μs 后轉換結果出現在輸出寄存器中。讀取操作應在轉換期間或下一次轉換前 600ns 內避免進行，以確保跟蹤/保持放大器的穩定。

（六）串行接口部分

串行接口由串行時鐘輸入（SCLK）和串行數據輸出（SDATA）兩根線組成。通過提供 16 個時鐘脈沖，可以獲取完整的轉換結果。在第 16 個下降沿，SDATA 線被禁用（三態）。

四、與微處理器/微控制器的接口

AD7893 提供的兩線串行接口使其能夠方便地與各種微控制器和 DSP 處理器連接。文檔中給出了與 8XC51、68HC11、ADSP - 2105 和 DSP56000 等不同處理器的接口示例。不過，不同處理器的串行時鐘速率可能會限制 AD7893 的最大吞吐量。例如，8XC51 和 68HC11 的串行時鐘速率明顯低于 AD7893 允許的輸入串行時鐘頻率，導致讀取數據的時間可能長于轉換時間。

五、性能表現

（一）線性度

AD7893 的線性度由片上 12 位 D/A 轉換器決定，該轉換器經過激光微調，具有良好的積分線性度和差分線性度。典型的相對誤差為 ±1/4 LSB，典型的差分非線性誤差為 ±1/2 LSB。

（二）噪聲

在直流應用中，噪聲表現為代碼不確定性；在交流應用中，表現為噪聲底。通過使用抗混疊濾波器可以去除輸入信號中高于 (f_{S}/2) 的不需要信號。從直方圖可以看出，在最佳性能條件下，AD7893 的噪聲性能良好，但在轉換期間讀取數據會增加噪聲。

（三）動態性能

AD7893 具有 7.5μs 的轉換和采集時間，適用于寬帶信號處理應用。其信號與（噪聲 + 失真）比、總諧波失真、峰值諧波或雜散噪聲和互調失真等動態性能指標都有明確的規定。

（四）有效位數

通過測量信號與（噪聲 + 失真）比，可以計算出 AD7893 的有效位數。從典型的有效位數與頻率的關系圖可以看出，在不同頻率下，AD7893 能夠保持較好的轉換性能。

六、總結

AD7893 以其高速、低功耗、多種輸入范圍選擇和緊湊的封裝設計，成為電子工程師在數據采集和信號處理應用中的理想選擇。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇輸入范圍、參考源和接口方式，同時注意時序和控制要求，以充分發揮 AD7893 的性能優勢。你在使用 ADC 時，是否也遇到過類似的性能和接口問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。