16位100 kSPS PulSAR?單極性ADC AD7661的技術剖析與應用指南

在電子工程師的日常設計工作中，模擬 - 數字轉換器（ADC）是不可或缺的關鍵組件。今天，我們將深入探討一款性能卓越的ADC——AD7661，它由Analog Devices公司推出，具備諸多出色特性，適用于多種應用場景。

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一、AD7661概述

AD7661是一款16位、100 kSPS的電荷再分配逐次逼近型模擬 - 數字轉換器，采用單5V電源供電。它集成了高速16位采樣ADC、內部轉換時鐘、內部參考、誤差校正電路，以及串行和并行系統接口端口。該器件經過硬件工廠校準和全面測試，能確保諸如信噪比（SNR）和總諧波失真（THD）等交流參數，以及增益、失調和線性度等傳統直流參數的性能。

（一）主要特性

1. 內部參考：具有2.5V內部參考，典型漂移為3 ppm/°C，保證最大漂移為15 ppm/°C。
2. 高吞吐量：吞吐量可達100 kSPS，能夠快速處理數據。
3. 高精度：積分非線性（INL）最大為±2.5 LSB（±0.0038%滿量程），16位分辨率且無丟失碼。
4. 出色的交流性能：在20 kHz時，信噪比（S/(N+D)）最小為88 dB，總諧波失真（THD）最大為–96 dB。
5. 寬輸入電壓范圍：模擬輸入電壓范圍為0 V至2.5 V。
6. 靈活的接口：支持并行和串行5 V/3 V接口，與SPI?/QSPITM/MICROWIRETM/DSP兼容。
7. 低功耗：功耗隨吞吐量降低，典型功耗為16 mW，在1 kSPS且無參考時為160 μW，有參考時典型功耗為40 mW。
8. 多種封裝形式：提供48引腳LQFP和48引腳LFCSP封裝，且與PulSAR ADC引腳兼容。

（二）應用領域

AD7661適用于多種應用場景，包括數據采集、醫療儀器、數字信號處理、頻譜分析、儀器儀表、電池供電系統和過程控制等。

二、技術參數詳解

（一）分辨率與精度

AD7661具有16位分辨率，無丟失碼，確保了高精度的數據轉換。其積分非線性（INL）最大為±2.5 LSB，微分非線性（DNL）在–1.0至+1.5 LSB之間，保證了轉換的線性度。

（二）交流性能

在20 kHz輸入頻率下，信噪比（S/(N+D)）最小為88 dB，總諧波失真（THD）最大為–96 dB，無雜散動態范圍（SFDR）為96至107 dB，展現了出色的交流性能。

（三）參考電壓

內部參考電壓在25°C時為2.48至2.52 V，典型溫度漂移為±3 ppm/°C，最大漂移為±15 ppm/°C。外部參考電壓范圍為2.3至2.5 V（AVDD – 1.85 V）。

（四）功耗

功耗與吞吐量相關，在100 kSPS吞吐量且無參考時，功耗為16至25 mW；在1 kSPS吞吐量時，功耗為160 μW；有參考時，100 kSPS吞吐量下功耗為40至45 mW。

三、功能框圖與引腳配置

（一）功能框圖

AD7661的功能框圖展示了其內部結構，包括參考輸入、模擬輸入、控制邏輯、轉換電路和接口端口等部分。通過該框圖，我們可以清晰地了解各部分之間的連接和工作原理。

（二）引腳配置

AD7661采用48引腳LQFP和48引腳LFCSP封裝，每個引腳都有特定的功能。例如，IN引腳為主要模擬輸入，REF引腳為參考輸入，CNVST引腳用于啟動轉換，BUSY引腳指示轉換狀態等。詳細的引腳功能描述有助于工程師正確連接和使用該器件。

四、工作原理與轉換控制

（一）工作原理

AD7661基于電荷再分配DAC的逐次逼近型ADC。在采集階段，電容陣列作為采樣電容獲取模擬信號；當CNVST信號變低時，轉換階段開始，通過切換電容陣列的開關，使比較器輸入達到平衡，最終生成ADC輸出代碼。

（二）轉換控制

轉換由CNVST信號控制，一旦啟動，直到轉換完成才能重新啟動或中止。可以通過保持CNVST為低電平實現自動轉換，此時AD7661會自動控制采集階段并啟動新的轉換。

五、數字接口

AD7661具有靈活的數字接口，支持并行和串行接口。

（一）并行接口

當SER/PAR引腳為低電平時，選擇并行接口。數據可以在轉換后或轉換期間讀取，但建議在轉換階段的前半部分讀取數據，以避免數字接口電壓瞬變對模擬轉換電路的影響。

（二）串行接口

當SER/PAR引腳為高電平時，選擇串行接口。AD7661在SDOUT引腳輸出16位數據，MSB優先，數據與SCLK引腳提供的16個時鐘脈沖同步。

（三）主串行接口

當EXT/INT引腳為低電平時，AD7661生成并提供串行數據時鐘SCLK和SYNC信號。根據RDC/SDIN輸入，數據可以在轉換后或轉換期間讀取。

（四）從串行接口

當EXT/INT引腳為高電平時，AD7661接受外部提供的串行數據時鐘。數據可以在轉換后或轉換期間讀取，建議使用不連續時鐘以避免數字輸入/輸出引腳的電壓瞬變對轉換結果的影響。

六、應用提示

（一）雙極性和更寬輸入范圍

通過簡單修改輸入驅動電路，AD7661可以實現雙極性和更寬的模擬輸入范圍，如±10 V、±5 V或0 V至5 V，而不會降低性能。

（二）布局注意事項

在PCB布局時，應將模擬和數字部分分開，使用獨立的接地平面，并在一點連接。避免在器件下方運行數字線路，屏蔽快速切換信號，避免數字和模擬信號交叉。同時，確保電源供應線路具有低阻抗，并使用適當的去耦電容。

（三）性能評估

可以使用EVAL - AD7661評估板來評估AD7661的性能，該評估板提供了完整的組裝和測試，以及用于通過PC控制的軟件。

七、總結

AD7661是一款性能卓越的16位ADC，具有高吞吐量、高精度、低功耗和靈活的接口等優點。通過深入了解其技術參數、工作原理和應用提示，電子工程師可以更好地將其應用于各種設計中，實現高效、準確的數據采集和處理。在實際應用中，你是否遇到過類似ADC的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗。