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高性能模数转换器ADS8412及其应用

时间:10-25 来源:互联网 点击:
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:  

2MHz采样频率;  
高温下16位无失真输出特性;  
零等待时间;  
内置基准源,提供4.096V参考电压  
片上基准源缓冲器;  
高速并行接口;  
在2MHz典型模式下功耗为175mW;  
宽动态范围的数字电源;  
8/16位数据总线传输;  
48引脚TQFP封装;  
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。

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