AD7699_cn

Rev. B Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Speci�cations subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2008–2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 功能框图 AD7699 REF GND VDD VIO DIN SCK SDO CNV 1.8V TO VDD 5V SEQUENCER SPI SERIAL INTERFACE MUX 16-BIT SAR ADC BAND GAP REF TEMP SENSOR REFIN IN0 IN1 IN4 IN5 IN6 IN7 IN3 IN2 COM 0.5V TO VDD 10µF ONE-POLE LPF 0.5V TO 4.096V 0.1µF 07 35 4- 00 1 图1. 1. 多通道14/16位PulSAR® ADC 类型 通道 250 kSPS 500 kSPS ADC驱动器 14位 8 AD7949 ADA4841-x 16位 4 AD7682 ADA4841-x 16位 8 AD7689 AD7699 ADA4841-x 16位、8通道、 500 kSPS PulSAR ADC AD7699 产品特性 16位分辨率、无失码 8通道多路复用器，输入可选择 单极性单端输入 差分输入(使用参考地) 伪双极性输入 吞吐速率：500 kSPS 积分非线性(INL)：典型值：±0.5 LSB，最大值：±1.5 LSB(±23 ppm 或FSR) 动态范围：93.3 dB 信纳比(SINAD)：91.5 dB(20 kHz) 总谐波失真(THD)：-97 dB(20 kHz) 模拟输入范围：0 V至VREF(VREF可高达VDD) 多种基准源类型 内部4.096 V基准源 外部缓冲基准源(可达4.096 V) 外部基准源(可达VDD) 内部温度传感器 通道序列器，可选单极点滤波器，繁忙指示器 无流水线延迟，SAR架构 单电源工作，电源电压5 V 逻辑接口电压：1.8 V至5 V 串行接口，兼容SPI、MICROWIRE、 QSPI和DSP 功耗 26 mW @ 500 kSPS 5.2 μW @ 100 SPS 待机电流：50 nA 20引脚4 mm × 4 mm LFCSP封装 应用 电池供电设备 医疗仪器：ECG/EKG 移动通信：GPS 个人数字助理 电力线路监控 数据采集 地震数据采集系统 仪器仪表 过程控制 概述 AD7699是一款8通道、16位、电荷再分配逐次逼近型模数 转换器(ADC)，采用单电源供电。 AD7699内置多通道、低功耗数据采集系统所需的所有元 件，包括：无失码的真16位SAR ADC；用于将输入配置为 单端输入(使用或不使用参考地)、差分输入或双极性输入 的8通道、低串扰多路复用器；内部4.096 V低漂移基准电压 源和缓冲器；温度传感器；可选的单极点滤波器；以及多 通道按顺序连续采样时所用的序列器。 AD7699使用简单的串行端口接口(SPI)实现配置寄存器的 写入和转换结果的接收。SPI接口使用单独的电源(VIO)， 它被设定为主逻辑电平。功耗与吞吐速率成正比。 AD7699采用20引脚微型LFCSP封装，工作温度范围为−40°C 至+85°C。 Rev. B | Page 2 of 28 目录 AD7699 特性..................................................................................................... 1 应用..................................................................................................... 1 功能框图 ............................................................................................ 1 概述..................................................................................................... 1 修订历史 ............................................................................................ 2 技术规格 ............................................................................................ 3 时序规格 ............................................................................................ 5 绝对最大额定值............................................................................... 6 ESD警告........................................................................................ 6 引脚配置和功能描述 ...................................................................... 7 典型性能参数 ................................................................................... 8 术语................................................................................................... 12 工作原理 .......................................................................................... 13 概述 ............................................................................................. 13 转换器操作 ................................................................................ 13 传递函数..................................................................................... 14 典型连接图 ................................................................................ 15 模拟输入..................................................................................... 16 驱动放大器选择........................................................................ 18 基准电压输出/输入.................................................................. 18 电源 ............................................................................................. 19 从基准源为ADC供电 .............................................................. 19 数字接口 .......................................................................................... 20 转换期间读取/写入，快速主机............................................ 20 采集时读取/写入，任何速度主机 ....................................... 20 转换全程读取/写入，任何速度主机 ................................... 20 配置寄存器，CFG.................................................................... 20 无繁忙指示器的通用时序 ...................................................... 22 无繁忙指示器的转换全程读取/写入 ................................... 23 含繁忙指示器的通用时序 ...................................................... 24 含繁忙指示器的转换全程读取/写入 ................................... 25 应用须知 .......................................................................................... 26 布局 ............................................................................................. 26 评估AD7699性能 ...................................................................... 26 外形尺寸 .......................................................................................... 27 订购指南..................................................................................... 27 修订历史 2012年3月—修订版A至修订版B 更改图28 .......................................................................................... 15 更改“内部基准电压源/温度传感器”和“外部基准电压源和内 部缓冲器”部分 ............................................................................... 18 更改表8的位[5:3]功能 .................................................................. 21 更新“外形尺寸”.............................................................................. 27 2011年9月—修订版0至修订版A 将“内部基准电压源/温度传感器”部分更改为“内部基准电压 源”部分............................................................................................. 18 更改“内部基准电压源”部分、“外部基准电压源”部分、“内 部缓冲器”部分和“外部基准电压源”部分 ................................ 18 更改表8 ............................................................................................ 21 2008年10月—版本0：初始版 Rev. | Page 3 of 28 技术规格 除非另有说明，VDD = 4.5 V至5.5 V，VREF = 4.096至VDD，VIO = 1.8 V至VDD，所有规格均相对于TMIN至TMAX而言。 表2. 参数 条件/注释 最小值 典型值 最大值 单位 分辨率 16 位 模拟输入 电压范围 单极性模式 0 +VREF V 双极性模式 −VREF/2 +VREF/2 V 绝对输入电压 正输入，单极性和双极性模式 −0.1 VREF + 0.1 V 负或COM输入，单极性模式 −0.1 +0.1 V 负或COM输入，双极性模式 VREF/2 − 0.1 VREF/2 VREF/2 + 0.1 V 模拟输入CMRR fIN = 250 kHz 68 dB 25°C输入阻抗时的 漏电流1 采集阶段 1 nA 吞吐速率 转换速率 全带宽2 0 500 kSPS ¼带宽2 0 125 kSPS 瞬态响应 满量程阶跃，全带宽 400 ns 满量程阶跃，¼带宽 1600 ns 精度 无失码 16 位 积分线性误差 −1.5 ±0.5 +1.5 LSB3 差分线性误差 −1 ±0.25 +1.5 LSB 跃迁噪声 REF = VDD = 5 V 0.5 LSB 增益误差4 全部模式 −10 ±1 +10 LSB 增益误差匹配 −3 ±1 +3 LSB 增益误差温漂 ±0.3 ppm/°C 失调误差4 全部模式 −10 ±1 +10 LSB 失调误差匹配 −3 ±1 +3 LSB 失调误差温漂 ±0.3 ppm/°C 电源灵敏度 VDD = 5 V ± 5% ±1.5 LSB 交流精度 动态范围 93.3 dB5 信噪比 fIN = 20 kHz, VREF = 5 V 92 92.5 dB fIN = 20 kHz, VREF = 4.096 V内部REF 89.5 91.5 dB 信纳比(SINAD) fIN = 20 kHz, VREF = 5 V 90 91.5 dB fIN = 20 kHz, VREF = 5 V, −60 dB输入 33.5 dB fIN = 20 kHz, VREF = 4.096 V内部REF 89 90.5 dB 总谐波失真 fIN = 20 kHz −97 dB 无杂散动态范围 fIN = 20 kHz 112 dB 通道间串扰 fIN = 100 kHz，邻道 −125 dB 采样动态性能 −3 dB输入带宽 全带宽 14 MHz ¼ 带宽 3.6 MHz 孔径延迟 VDD = 5 V 2.5 ns B AD7699 Rev. | Page 4 of 28 最小值 条件/注释 参数 典型值 最大值 单位 内部基准电压源 REF输出电压 在25°C条件下 4.086 4.096 4.106 V REFIN输出电压6 在25°C条件下 2.3 V REF输出电流 ±300 µA 温度漂移 ±10 ppm/°C 线性调整率 VDD = 5 V ± 5% ±15 ppm/V 长期漂移 1000小时 50 ppm 开启建立时间 CREF = 10 µF 5 ms 外部基准电压源 电压范围 REF输入 0.5 VDD + 0.3 V REFIN输入(缓冲) 0.5 VDD − 0.2 V 耗用电流 500 kSPS, REF = 5 V 100 µA 温度传感器 输出电压7 在25°C条件下 283 mV 温度灵敏度 1 mV/°C 数字输入 逻辑电平 VIL −0.3 +0.3 × VIO V VIH 0.7 × VIO VIO + 0.3 V IIL −1 +1 µA IIH −1 +1 µA 数字输出 数据格式8 流水线延迟9 VOL ISINK = +500 µA 0.4 V VOH ISOURCE = −500 µA VIO − 0.3 V 电源 VDD 额定性能 4.5 5.5 V VIO 额定性能 1.8 VDD + 0.3 V 待机电流10, 11 VDD和VIO = 5 V, @ 25°C 50 nA 功耗 VDD = 5 V, 100 kSPS吞吐速率 5.2 µW VDD = 5 V, 500 kSPS吞吐速率 26 29 mW VDD = 5 V, 500 kSPS吞吐速率，内部基准源 28 32 mW 每次转换的能量 52 nJ 温度范围12 额定性能 TMIN至TMAX −40 +85 °C 1 参见模拟输入部分。 2 带宽在配置寄存器中设置。 3 LSB表示最低有效位。5 V输入范围时，1 LSB = 76.3 μV。 4 参见术语部分。这些规格包括整个温度范围内的波动，但不包括基准电压源的误差贡献。 5 除非另–有说明，所有用分贝(dB)表示的规格均参考满量程输入FSR，并用低于满量程0.5 dB的输入信号进行测试。 6 内部带隙基准电压源的输出。 7 内部输出电压，出现在专用多路复用器输入。 8 单极性模式：串行16位直接二进制。 双极性模式：串行16位二进制补码。 9 转换完成后立即提供转换结果。 10 根据需要，所有数字输入强制接VIO或GND。 11 在采集阶段。 12 欲了解温度范围，请联系ADI公司销售代表。 B AD7699 Rev. | Page 5 of 28 时序规格 除非另有说明，VDD = 4.5 V至5.5 V，VREF = 4.096至VDD，VIO = 1.8 V至VDD，所有规格均相对于TMIN至TMAX而言。 表3. 参数1 符号 最小值 典型值 最大值 单位 转换时间：CNV上升沿至数据可用 tCONV 1.6 µs 采集时间 tACQ 400 ns 转换间隔时间 tCYC 2 µs CNV脉冲宽度 tCNVH 10 ns 转换期间数据写入/读取 tDATA 1.2 µs SCK周期 tSCK tDSDO + 2 ns SCK低电平时间 tSCKL 11 ns SCK高电平时间 tSCKH 11 ns SCK下降沿至数据仍然有效 tHSDO 4 ns SCK下降沿至数据有效延迟时间 tDSDO VIO高于4.5 V 16 ns VIO高于3 V 17 ns VIO高于2.7 V 18 ns VIO高于2.3 V 21 ns VIO高于1.8 V 28 ns CNV低电平至SDO D15 MSB有效 tEN VIO高于4.5 V 15 ns VIO高于3 V 17 ns VIO高于2.7 V 18 ns VIO高于2.3 V 22 ns VIO高于1.8 V 25 ns CNV高电平或最后一个SCK下降沿至SDO高阻态 tDIS 32 ns CNV低电平至SCK上升沿 tCLSCK 10 ns SCK下降沿至DIN有效设置时间 tSDIN 5 ns SCK下降沿至DIN有效保持时间 tHDIN 5 ns 1 负载条件参见图2和图3。 IOL 500µA 500µA IOH 1.4VTO SDO CL 50pF 07 35 4- 00 2 图2. 数字接口时序的负载电路 30% VIO 70% VIO 2V OR VIO – 0.5V1 0.8V OR 0.5V20.8V OR 0.5V2 2V OR VIO – 0.5V1 tDELAY tDELAY 1 2V IF VIO ABOVE 2.5V, VIO – 0.5V IF VIO BELOW 2.5V. 2 0.8V IF VIO ABOVE 2.5V, 0.5V IF VIO BELOW 2.5V. 07 35 4- 00 3 图3. 时序的电平 B AD7699 Rev. | Page 6 of 28 绝对最大额定值 表4. 参数 额定值 模拟输入 INx,1 COM1 GND − 0.3 V至VDD + 0.3 V 或VDD ± 130 mA REF, REFIN GND − 0.3 V至VDD + 0.3 V 电源电压 VDD, VIO至GND −0.3 V至+7 V VDD至VIO ±7 V DIN, CNV, SCK至GND −0.3 V至VIO + 0.3 V SDO至GND −0.3 V至VIO + 0.3 V 存储温度范围 −65°C至+150°C 结温 150°C θJA热阻(LFCSP) 47.6°C/W θJC热阻(LFCSP) 4.4°C/W 1 参见模拟输入部分。 ESD警告 B AD7699 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放 电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇 到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采 取适当的ESD防范，以避免器件性能下降或功 能丧失。 Rev. | Page 7 of 28 引脚配置和功能描述 AD7699 PIN 1 INDICATOR1VDD 2REF 3REFIN 4GND 5GND 13SCK 14SDO 15VIO 12DIN 11CNV 6 4 NI 7 5 NI 8 6 NI 10 M O C 9 7 NI 18 2 NI 19 3 NI 20 D D V 17 1 NI 16 0 NI TOP VIEW (Not to Scale) AD7699 07 35 4- 00 4 NOTES 1. THE EXPOSEDPADDLE IS NOT CONNECTED INTERNALLY. FOR INCREASED RELIABILITY OF THE SOLDER JOINTS, IT IS RECOMMENDED THAT THEPAD BE SOLDEREDTO THE GND PLANE. 图4. 引脚配置 表5. 引脚功能描述 引脚编号 引脚名称 类型1 描述 1, 20 VDD P 电源。标称值为4.5至5.5 V，应使用10 μF和100 nF电容去耦。 2 REF AI/O 基准电压输入/输出。参见基准电压输出/输入部分。 使能内部基准源时，此引脚产生4.096 V电压。禁用内部基准源并使能缓冲时， REF产生REFIN引脚(最大值VDD – 0.5 V)上的电压的一个缓冲形式电压，适用于使用低成本、 低功耗基准源的情况。 为改善漂移性能，应将一个精密基准源连接到REF(0.5 V至VDD)。 无论何种基准源，此引脚都需要通过一个10 μF电容去耦，去耦电容应尽可能靠近REF。 参见基准电压源去耦部分。 3 REFIN AI/O 内部基准电压输出/基准电压缓冲输入。参见基准电压输出/输入部分。使用内部基准源时， 内部存在无缓冲基准电压，并需要通过一个0.1 μF电容去耦。 使用内部基准电压缓冲器时，施加一个0.5 V至4.096 V的基准源，经过缓冲后提供给REF引脚， 如前所述。 4, 5 GND P 电源地。 6至9 IN4至IN7 AI 模拟输入通道4、模拟输入通道5、模拟输入通道6和模拟输入通道7。 10 COM AI 公共通道输入。所有输入通道(IN[7:0])都可以参考一个0 V或VREF/2 V的共模点。 11 CNV DI 转换输入。在上升沿，CNV启动转换。转换期间，如果CNV保持高电平， 则繁忙指示器使能。 12 DIN DI 数据输入。此输入用于写入14位配置寄存器。可以在转换期间和转换后写入配置寄存器。 13 SCK DI 串行数据时钟输入。此输入用于以MSB优先方式在SDO上逐个输出数据， 以及在DIN上逐个输入数据。 14 SDO DO 串行数据输出。转换结果通过此引脚输出，与SCK同步。单极性模式下， 转换结果为直接二进制；双极性模式下，转换结果为二进制补码。 15 VIO P 输入/输出接口数字电源。一般与主机接口电源相同(1.8 V、2.5 V、3 V或5 V)。 16至19 IN0至IN3 AI 模拟输入通道0、模拟输入通道1、模拟输入通道2和模拟输入通道3。 底部焊盘不在内部连接。为提高焊接接头的可靠性，建议将焊盘焊接到GND层。 21 (EPAD) 裸露焊盘 (EPAD) 1AI = 模拟输入，AI/O = 模拟输入/输出，DI = 数字输入，DO = 数字输出，P = 电源。 B Rev. | Page 8 of 28 典型性能参数 除非另有说明，VDD = 5V，VREF = 5V，VIO = VDD。 1.5 1.0 0.5 0 –0.5 –1.0 –1.5 0 16,384 32,768 49,152 65,536 CODES (L S B S ) 07 35 4- 00 6 图5. 积分非线性与代码的关系 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0 0 0 3 13,341 26,926 10 0 0 C O U N T S 7FF9 7FFA 7FFB 7FFC 7FFD 7FFE 7FFF 8000 8001 CODE IN HEX 0 73 54 -0 05 σ = 0.51 LSB VREF = 5V 220,840 图6. 一个直流输入的直方图(码中心) 0 –20 –40 –60 –80 –100 –120 –140 –160 –180 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 FREQUENCY (kHz) A M P L IT U D E ( d B O F F U L L S C A L E ) VREF = 5V fS = 500kSPS fIN = 19.94kHz SNR = 92.3dB SINAD = 91.5dB THD = –98dB SFDR = 100dB SECOND HARMONIC = –111dB THIRD HARMONIC = –101dB 07 35 4- 00 7 图7. 20 kHz FFT，VREF = 5 V 1.5 1.0 0.5 0 –0.5 –1.0 0 16,384 32,768 49,152 65,536 CODES (L S B S ) 07 35 4- 00 9 图8. 差分非线性与代码的关系 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0 0 C O U N T S 0 119 31,411 157 0 0 σ = 0.78 LSB VREF = 4.096V 191,013 38,420 7FF9 7FFA 7FFB 7FFC 7FFD 7FFE 7FFF 8000 8001 CODE IN HEX 0 73 54 -0 08 图9. 一个直流输入的直方图(码中心) 0 –20 –40 –60 –80 –100 –120 –140 –160 –180 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 FREQUENCY (kHz) A M P L IT U D E ( d B O F F U L L S C A L E ) VREF = 4.096V fS = 500kSPS fIN = 19.94kHz SNR = 91.1dB SINAD = 90.4dB THD = –98dB SFDR = 100dB SECOND HARMONIC = –104dB THIRD HARMONIC = –101dB 07 35 4- 01 0 图10. 20 kHz FFT，VREF = 4.096 V B AD7699 Rev. | Page 9 of 28 100 95 90 85 80 75 70 65 60 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 FREQUENCY (kHz) S N R ( d B ) VREF = 5V –0.5dB –10dB 07 35 4- 01 1 图11. SNR与频率的关系 –60 –65 –70 –75 –80 –85 –90 –95 –100 –105 –110 –115 –120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 FREQUENCY (kHz) T H D ( d B ) 07 35 4- 01 2 VREF = 5V –10dB –0.5dB 图12. THD与频率的关系 96 94 92 90 88 86 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) S N R , S IN A D ( d B ) fIN = 20kHz SNR, VREF = 5V SINAD, VREF = 5V SNR, VREF = 4.096V SINAD, VREF = 4.096V 0 7 35 4- 01 3 图13. SNR、SINAD与温度的关系 100 95 90 85 80 75 70 65 60 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 FREQUENCY (kHz) S IN A D ( d B ) VREF = 5V –10dB –0.5dB 07 35 4- 01 4 图14. SINAD与频率的关系 16 15 14 13 12 11 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 FREQUENCY (kHz) E N O B ( B it s) VREF = 5V 07 35 4- 01 5 –10dB –0.5dB 图15. ENOB与频率的关系 –80 –85 –90 –95 –100 115 110 105 100 95 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) T H D ( d B ) S F D R ( d B ) 07 35 4- 01 7 SFDR, VREF = 5V SFDR, VREF = 4.096V THD, VREF = 5V THD, VREF = 4.096V fIN = 20kHz 图16. THD、SFDR与温度的关系 B AD7699 Rev. | Page 10 of 28 94 92 90 88 86 17 16 15 14 13 4.0 4.5 5.0 5.5 REFERENCE VOLTAGE (V) S N R , S IN A D ( d B ) E N O B ( B it s) 07 35 4- 01 6 fIN = 20kHz SNR SINAD ENOB 图17. SNR、SINAD、ENOB与基准电压的关系 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 15.6 15.5 15.4 15.3 15.2 15.1 15.0 14.9 14.8 14.7 14.6 –10 –8 –6 –4 –2 0 INPUT LEVEL (dB) S N R ( d B ) E N O B ( B it s) 07 35 4- 01 8 fIN = 20kHz VREF = 5V SNR SINAD ENOB 图18. SNR、SINAD和ENOB与输入电平的关系 3 2 1 0 –1 –2 –3 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) Z E R O E R R O R , G A IN E R R O R ( L S B ) 07 35 4- 02 0 UNIPOLAR OFFSET UNIPOLAR GAIN BIPOLAR GAIN BIPOLAR OFFSET 图19. 失调和增益误差与温度的关系，未归一化 –80 –85 –90 –95 –100 –105 –110 110 105 100 95 85 90 80 4.0 4.5 5.0 5.5 REFERENCE VOLTAGE (V) T H D ( d B ) S F D R ( d B ) 07 35 4- 01 9 SFDR THD 图20. THD、SFDR与基准电压的关系 5500 5250 5000 4750 4500 180 140 100 60 160 120 80 40 20 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) V D D C U R R E N T ( µ A ) V IO C U R R E N T ( µ A ) 07 35 4- 02 2 VIO fs = 500kSPS VDD, INT REF VDD, EXT REF 图21. 工作电流与温度的关系 5750 5500 5250 5000 4750 4500 4250 4000 3750 100 90 80 70 60 50 40 30 20 4.5 5.0 5.5 VDD SUPPLY (V) V D D C U R R E N T ( µ A ) V IO C U R R E N T ( µ A ) fS = 500kSPS 07 35 4- 04 0 VIO EXTERNAL REF, TEMP ON 4.096V INTERNAL REF EXTERNAL REF, TEMP OFF INTERNAL BUFFER, TEMP OFF INTERNAL BUFFER, TEMP ON 图22. 工作电流与电源的关系 B AD7699 Rev. | Page 11 of 28 4.099 4.098 4.097 4.096 4.095 4.094 4.093 4.092 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) V R E F ( V ) 07 35 4- 04 1 图23. 内部基准输出电压与温度的关系，三个器件 07 35 4- 02 1 SDO CAPACITIVE LOAD (pF) 1200 20 40 60 80 100 t D S D O D E L A Y ( n s) 25 20 15 10 5 0 VDD = 5V, 85°C VDD = 5V, 25°C 图24. tDSDO延迟与SDO电容负载和电源的关系 B AD7699 Rev. | Page 12 of 28 B AD7699 术语 最低有效位(LSB) LSB是转换器可以表示的最小增量。对于N位分辨率的模数 转换器，LSB用电压表示为： 积分非线性误差(INL) INL是指每个码与一条从负满量程画到正满量程的直线偏 差。用作负满量程的该点出现在第一个码跃迁之前的½ LSB 处。正满量程定义为超出最后一个码跃迁1½ LSB的一个电 平。从各码的中心到该直线的距离即为偏差(见图26)。 差分非线性误差(DNL) 在一个理想ADC中，码跃迁相距1 LSB。DNL是指实际值与 此理想值的最大偏差。经常用保证无失码的分辨率来描述 这一规格。 失调误差 对于单极性模式而言，第一个码跃迁应对应于一个比模拟 地高½ LSB的电平。单极性失调误差是指实际跃迁与该点的 偏差。对于双极性模式而言，第一个码跃迁应对应于一个 比VREF/2高½ LSB的电平。双极性失调误差是指实际跃迁与 该点的偏差。 增益误差 当一个模拟电压低于标称满量程1½ LSB时，发生最后一个 码转换(从111 … 10到111 … 11)。增益误差是指在消除失调 误差之后，最后一个码转换的实际电平与理想电平的偏 差，用LSB(或满量程范围的百分比)表示。与之非常相似的 一个概念是满量程误差(也用LSB或满量程范围的百分比表 示)，后者包括失调误差的影响。 孔径延迟 孔径延迟衡量采集性能，指从CNV输入的上升沿到输入信 号可进行转换的时间。 瞬态响应： 瞬态响应是指施加满量程阶跃信号之后，ADC对输入进行 精确采集所需的时间。 动态范围 动态范围指满量程的均方根值与输入短接在一起时测得的 总均方根噪声之比，用分贝(dB)表示。 信噪比(SNR) SNR指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下除谐 波和直流以外所有其它频谱成分的均方根和之比，用分贝 (dB)表示。 信纳比(SINAD) SINAD指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下包 括谐波但直流除外的所有其它频谱成分的均方根和之比， 用分贝(dB)表示。 总谐波失真(THD) THD指前五个谐波成分的均方根和与满量程输入信号的均 方根值之比，用分贝(dB)表示。 无杂散动态范围(SFDR) SFDR指输入信号与峰值杂散信号的均方根幅值之差，用分 贝(dB)表示。 有效位数(ENOB) ENOB指利用正弦波输入测得的分辨率。它与SINAD的关 系可以表示为： 它用位表示。 通道间串扰 通道间串扰衡量任意两个相邻通道之间的串扰水平，其测 量是将一个直流信号施加于待测通道，并将一个满量 程100 kHz正弦波信号施加于相邻通道。泄漏进入测试通道 的信号量即为串扰，用分贝(dB)表示。 基准电压温度系数 基准电压温度系数是利用一批样品器件，分别在TMIN、 T (25°C)和TMAX测量最大和最小基准输出电压(VREF)，然后据 此得出输出电压在25°C时的典型偏移。它用ppm/°C表示， 计算公式为： 其中： VREF(Max)为TMIN、T (25°C)或TMAX时的最大VREF。 VREF(Min)为TMIN、T (25°C)或TMAX时的最小VREF。 VREF(25°C)为25°C时的VREF。 TMAX = +85°C。 TMIN = –40℃。 Rev. | Page 13 of 28 工作原理 SW+MSB 16,384C INx+ LSB COMP CONTROL LOGIC SWITCHES CONTROL BUSY OUTPUT CODE CNV REF GND INx– OR COM 4C 2C C C32,768C SW–MSB 16,384C LSB 4C 2C C C32,768C 07 35 4- 02 3 图25. ADC原理示意图 B AD7699 概述 AD7699是8通道、16位、电荷再分配逐次逼近寄存器(SAR) 型模数转换器(ADC)，每秒能够转换500,000个样本(500 kSPS)， 两次转换之间器件关断。当采用外部基准电压源并以1 kSPS 速率工作时，典型功耗为52 μW，非常适合电池供电的应用。 AD7699内置多通道、低功耗数据采集系统所需的全部元 件，包括： • 16位无失码的SAR ADC • 8通道、低串扰多路复用器 • 内部低漂移基准电压源和缓冲 • 温度传感器 • 可选单极点滤波器 • 通道序列器 这些元件通过一个SPI兼容的14位寄存器进行配置。转换结 果也是SPI兼容的，可以在转换之后或转换期间读取，并 且可以选择回读配置。 AD7699为用户提供了片内采样保持器，没有流水线延迟。 AD7699的额定工作电压为4.5 V至5.5 V，可以与任何1.8 V至 5 V数字逻辑系列接口。它采用20引脚、4 mm × 4 mm LFCSP 封装，节省空间，配置灵活，并且与16位AD7682和AD7689 以及14位AD7949引脚兼容。 转换器操作 AD7699是一款基于电荷再分配DAC的逐次逼近型ADC。 图25显示了该ADC的简化电路图。容性DAC包含两个完全 相同的16位二进制加权电容阵列，分别连接到比较器的两 个输入端。 在采集阶段，与比较器输入相连的阵列端子通过SW+和 SW−连接到GND。所有独立开关都连接到模拟输入端。 因此，电容阵列用作采样电容以采集INx+和INx−(或COM) 输入端的模拟信号。当采集阶段完成且CNV输入变为高电 平时，就会启动转换阶段。当转换阶段开始时，SW+和 SW−首先断开。然后，两个电容阵列从输入端断开，并连 接到GND输入端。因此，采集阶段结束时捕捉到的INx+与 INx−(或COM)输入之间的差分电压施加于比较器输入端， 导致比较器变得不平衡。在GND与REF之间切换电容阵列 的各元件，比较器输入将按照二进制加权电压步进 (VREF/2、VREF/4 . . . VREF/32,768)变化。控制逻辑从MSB开始 切换这些开关，以便使比较器重新回到平衡状态。完成此 过程后，器件返回采集阶段，而控制逻辑将产生ADC输出 码和繁忙信号指示。 AD7699具有一个片上转换时钟用于转换过程，转换过程不 需要串行时钟SCK。 Rev. | Page 14 of 28 100...000 100...001 100...010 011...101 011...110 011...111 TWOS COMPLEMENT STRAIGHT BINARY 000...000 000...001 000...010 111...101 111...110 111...111 A D C C O D E ANALOG INPUT +FSR – 1.5LSB +FSR – 1LSB–FSR + 1LSB –FSR –FSR + 0.5LSB 07 35 4- 02 4 图26. ADC理想传递函数 表6. 输出码和理想输入电压 描述 单极性模拟输入1 VREF = 4.096 V 数字输出码 (直接二进制，十六进制) 双极性模拟