AD7674：高性能18位SAR ADC的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討一款性能卓越的18位、800 kSPS、電荷再分配型逐次逼近寄存器（SAR）全差分ADC——AD7674。

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1. 產(chǎn)品概述

AD7674是一款采用單5V電源供電的高精度ADC，具備18位分辨率且無丟失碼，無流水線延遲。它擁有多種工作模式，能在不同場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)最佳性能，適用于CT掃描儀、高動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、地震檢波器和水聽器傳感器等眾多應(yīng)用。

2. 產(chǎn)品特性

2.1 高分辨率與快速吞吐量

AD7674具有18位分辨率，在warp模式下吞吐量可達(dá)800 kSPS，能快速準(zhǔn)確地對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。

2.2 出色的精度

其最大積分非線性（INL）為±2.5 LSB，無18位丟失碼，能保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的高精度，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供可靠基礎(chǔ)。

2.3 靈活的接口方式

支持并行（18位、16位或8位總線）和串行5V/3V接口，與SPI/QSPI?/MICROWIRE/DSP兼容，方便與不同的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行連接和通信。

2.4 低功耗設(shè)計(jì)

在不同工作模式下，功耗表現(xiàn)出色。例如，在impulse模式下，1 kSPS時(shí)功耗僅為160 μW，適用于對(duì)功耗要求較高的電池供電應(yīng)用。

3. 技術(shù)規(guī)格

3.1 電氣特性

• 在?40°C至+85°C的溫度范圍內(nèi)，參考電壓 (V_{REF}=4.096 V)，模擬電源 (AVDD = DVDD = 5 V)，輸出接口電源 (OVDD = 2.7 V) 至 (5.25 V) 時(shí)，具有良好的性能表現(xiàn)。
• 輸入電壓范圍為± (V_{REF})，輸入共模抑制比（CMRR）在100 kHz時(shí)表現(xiàn)出色。
• 動(dòng)態(tài)范圍典型值為103 dB（(V{REF}=5 V)），信號(hào) - 噪聲 - 失真比（SINAD）在2 kHz時(shí)典型值為100 dB（(V{REF}=5 V)）。

3.2 時(shí)序規(guī)格

涵蓋了轉(zhuǎn)換脈沖寬度、轉(zhuǎn)換間隔時(shí)間、CNVST低電平到BUSY高電平延遲等多個(gè)時(shí)序參數(shù)，確保在不同工作模式下的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取。

3.3 絕對(duì)最大額定值

對(duì)模擬輸入、電源電壓、內(nèi)部功耗等參數(shù)設(shè)定了絕對(duì)最大額定值，使用時(shí)需嚴(yán)格遵守，以保證器件的安全和可靠性。

4. 工作模式

4.1 Warp模式

該模式下可實(shí)現(xiàn)高達(dá)800 kSPS的轉(zhuǎn)換速率，但為保證全精度，兩次轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間間隔不能超過1 ms。適用于對(duì)采樣速率要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。

4.2 正常模式

最快轉(zhuǎn)換速率為666 kSPS，對(duì)轉(zhuǎn)換間隔時(shí)間無限制，適合異步應(yīng)用，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能同時(shí)滿足高精度和快速采樣的需求。

4.3 Impulse模式

這是最低功耗模式，最大吞吐量為570 kSPS。在1 kSPS時(shí)，典型功耗僅為136 μW，非常適合電池供電的應(yīng)用。

5. 電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 模擬輸入

采用真正的差分輸入結(jié)構(gòu)，能有效抑制共模信號(hào)。輸入結(jié)構(gòu)在交流信號(hào)采集時(shí)表現(xiàn)為一個(gè)1 - 極點(diǎn)RC濾波器，可減少混疊效應(yīng)和輸入噪聲。但需注意輸入信號(hào)不能超過絕對(duì)額定值，必要時(shí)可使用具有短路電流限制的輸入緩沖器進(jìn)行保護(hù)。

5.2 驅(qū)動(dòng)放大器選擇

驅(qū)動(dòng)放大器需滿足在18位水平下對(duì)電容陣列進(jìn)行滿量程階躍的建立要求，同時(shí)要盡量降低噪聲，以保證AD7674的信噪比和過渡噪聲性能。推薦使用AD8021，它結(jié)合了超低噪聲和高增益帶寬，能滿足建立時(shí)間要求。

5.3 電壓參考

可使用內(nèi)部參考緩沖器或外部電壓參考。使用內(nèi)部參考緩沖器適合多個(gè)ADC共享公共參考電壓的情況；直接使用外部參考電壓可提高信噪比和動(dòng)態(tài)范圍，并在關(guān)閉內(nèi)部參考緩沖器時(shí)節(jié)省功耗。無論哪種方式，都需對(duì)參考電壓輸入進(jìn)行有效去耦。

5.4 電源供應(yīng)

AD7674使用三組電源引腳，模擬5V電源（AVDD）、數(shù)字5V核心電源（DVDD）和數(shù)字輸出接口電源（OVDD）。為減少電源數(shù)量，數(shù)字核心可通過簡(jiǎn)單的RC濾波器從模擬電源獲取供電。該器件對(duì)電源變化不敏感，且不受電源電壓引起的閂鎖影響。

6. 數(shù)字接口

6.1 并行接口

可配置為18位、16位或8位總線寬度，數(shù)據(jù)可在轉(zhuǎn)換后或轉(zhuǎn)換期間讀取。讀取轉(zhuǎn)換期間的數(shù)據(jù)時(shí)，建議在轉(zhuǎn)換階段的前半段進(jìn)行，以避免數(shù)字接口上的電壓瞬變對(duì)模擬轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生影響。

6.2 串行接口

當(dāng)MODE0和MODE1置高時(shí)，AD7674配置為串行接口，輸出18位數(shù)據(jù)，MSB優(yōu)先。數(shù)據(jù)與SCLK引腳提供的18個(gè)時(shí)鐘脈沖同步，輸出數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的上升沿和下降沿均有效。

6.3 主串行接口

當(dāng)EXT/INT引腳置低時(shí)，AD7674生成并提供串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘SCLK，同時(shí)生成SYNC信號(hào)指示串行數(shù)據(jù)有效。根據(jù)RDC/SDIN輸入，數(shù)據(jù)可在每次轉(zhuǎn)換后或后續(xù)轉(zhuǎn)換期間讀取。

6.4 從串行接口

當(dāng)EXT/INT引腳置高時(shí)，AD7674接受外部提供的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘。可在轉(zhuǎn)換后或轉(zhuǎn)換期間讀取數(shù)據(jù)，推薦使用外部不連續(xù)時(shí)鐘，以避免數(shù)字接口上的電壓瞬變影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。該模式下還提供菊花鏈功能，可級(jí)聯(lián)多個(gè)轉(zhuǎn)換器。

7. 應(yīng)用與布局

7.1 應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于CT掃描儀、高動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、地震檢波器和水聽器傳感器、∑ - ?替代（低功耗、多通道）、儀器儀表、頻譜分析和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。

7.2 布局要點(diǎn)

在PCB布局時(shí)，應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開，使用接地平面，并在一處連接數(shù)字和模擬接地平面。避免在器件下方布置數(shù)字線路，對(duì)快速切換信號(hào)如CNVST或時(shí)鐘進(jìn)行屏蔽，避免數(shù)字和模擬信號(hào)交叉。同時(shí)，要對(duì)電源引腳進(jìn)行良好的去耦，以降低電源阻抗和減少電源尖峰。

8. 性能評(píng)估

可使用EVAL - AD7674CBZ評(píng)估板快速測(cè)量轉(zhuǎn)換器的直流（直方圖和時(shí)域）和交流（時(shí)域和頻域）性能。評(píng)估板配有軟件，需單獨(dú)訂購(gòu)捕獲板。推薦使用基于USB的EVAL - CED1Z捕獲板。

總結(jié)

AD7674憑借其高分辨率、快速吞吐量、出色的精度、靈活的接口方式和低功耗設(shè)計(jì)，成為眾多應(yīng)用場(chǎng)景下的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式，注意電路設(shè)計(jì)和布局要點(diǎn)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似ADC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。