高性能模数转换器ADS8412及其应用

摘要：ADS8412是一款2Msps采样速率的16位逐次逼近（SAR）模数转换器（ADC），主要面向高速、高精度应用，如医学成像、便携式医疗仪器、零等待数据采集系统、数字通信等。文中介绍了ADS8412的性能特点、内部结构及引脚排列，给出了ADS8412和8位通用数据总线微控制器的接口原理图。 关键词：高速 高精度 模数转换器 ADS8412 1 概述 ADS8412是德州仪器公司推出的一款2Msps采样速率的16位逐次逼近（SAR）模数转换器（ADC）。采用P8/P16并行输出，带有内部时钟和基准电压源，无丢失码，2MHz采样频率时的功耗为175mW，SNR为90dB。ADS8412是单极单端输入范围，有16位和8位可选择接口，零等待时间，高速并行接口，8位/16位总线传输，48引脚TQFP封装，所有输入端ESD保护电压达1000V，可用在DWDM、仪表、高速高分辨率零等待数据采集系统、传感器接口、医疗仪器及通信领域。芯片封装型式和引脚排列如图1所示。 ADS8412的主要工作特性如下： %26;#183;2MHz采样频率； %26;#183;高温下16位无失真输出特性； %26;#183;零等待时间； %26;#183;内置基准源，提供4.096V参考电压 %26;#183;片上基准源缓冲器； %26;#183;高速并行接口； %26;#183;在2MHz典型模式下功耗为175mW； %26;#183;宽动态范围的数字电源； %26;#183;8/16位数据总线传输； %26;#183;48引脚TQFP封装； %26;#183;输入端ESD保护电压达1000V。 2 内部结构及引脚功能 ADS8412的内部结构如图2所示，芯片由逐次逼近转换器（SAR）、比较器、CDAC等组成。表1给出了引脚名称及功能描述。 表1 ADS8412引脚名称及功能描述 引脚号 名 称 功 能 5，8，11，12，14，15，44，45 AGND 模拟接地引脚 25，35 BDGND 数字接地引脚 36 BUSY 状态输出引脚，数据转换时为高电平 39 BYTE 字节选择输入引脚，用于16/8位总线读操作。为0时：16位或8位无折叠；为1时：8位有折叠，即将16位数据的低8位（D[7：0]）覆盖到数据的高8位（D[15：8]） 40 CONVST 转换过程启动引脚，波形下降沿终止采样并开始保持 42 CS 片选引脚，波形的下降沿开始采样 16，17，18，19，20，21，22，23，26，27，28，29，30，31，32，33 DB15DB0 输出数据流，DB15为数据最高有效位（MSB），LSB为最低有效位（LSB） 7 -IN 反相输入通道 6 +IN 同相输入通道 3 NC 不连接 1 REFIN 参考电压输入 47，48 REFM 参考地 2 REFOUT 参考电压输出，使用内部基准源时需在REFOUT引脚和REFM引脚间加1只1μF的电容器 38 RESET 复位引脚，当该引脚置为低电平时，退出当前转换并将输出锁存器清0，独立工作 41 RD 为并行输出数据提供同步脉冲。当为低电平时，输出数据使能并将先前的已转换数据放在总线上传输 4，9，10，13，43，46 +VA 模拟电源（5V直流电） 24，34，37 +VBD 总线数字电源 3 设计原则 ADS8412是一款高速率的逐次逼近模数转换器。基于电荷再分配的结构使其拥有采样/保持功能。转换时钟由芯片内部产生，360ms的转换时间可保护2MHz的数据吞吐，模拟输入信号由+IN和-I两个引脚提供。 3．1 基准源 ADS8412可在3.9V～4.2V范围的外部参考电压下工作，还可通过内部基准源提供参考电压。当使用内部参考电压时，引脚2（REFOUT）必须和引脚1连接（REFIN）。引脚2（REFOUT）和引脚48（REFM）之间应接1个0.1μF去耦电容，引脚47（REFIN）和引脚48（REFM）之间接1个1μF的存储电容器。转换器的内部参考电压是双缓冲的，使用外部参考电压时，二级缓冲在外部基准源和CDAC之间起隔离作用。在转换过程中，该缓冲用来为CDAC所有的电容器充电。使用外部参考电压时，引脚1（REFOUT）应悬空。 3．2 模拟输入 当转换器进入保持模式时，+IN和-IN两个引脚之间的差分输入电压被内部电容器组采集。+IN和-IN的输入范围均为-0.2V到（Vref+0.2V）之间。输入信号电压的幅值（相当于+IN-（-IN））应被限定在-Vref到Vref之间。为使噪声最小化，应使用带低通滤波器的低带宽输入信号。 3．3 数字接口 （1）时序和控制 ADS8412采用内部振荡器产生时钟信号，用以控制转换器的转换速率和吞吐量，不需要外部时钟。在CS为低电平的前提下，CONVST引脚应至少保护低电平状态20ms方可启动数据转换。在CONVST波形的下降沿，ADS8412从采样模式切换到保护模式。信号具有一个干净稳定的下降沿对于转换器的性能就显得十分重要。当CONVST引脚变为低电平后，BUSY引脚的输出就变为高电平。转换过程中BUSY始终保持在高电平状态，转换完成后，BUSY变为低电平。 （2）读出数据 ADS8412以二进制补码格式输出所有的并行数据。当CS和RD都为低电平时，并行输出总线被激活。BYTE引脚主要用来设置对多字的读操作。 4 应用举例 图3给出了ADS8412与典型微控制器的连接电路，微控制器具有8位数据总线，ADS8412的BUSY信号下降沿作为微控制器扣断触发逻辑。 5 结束语 ADS8412接口简单，使用方便采样灵活，采样精度高，同时又有很高的数据转换速度。在大多数需要高速数据采集和高精度测量的应用场合中，该芯片具有很强的实用性。