在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)乎著整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理能力。今天，我們就來深入探討德州儀器（Texas Instruments）的一款明星產(chǎn)品——ADS8345，一款16位、8通道串行輸出采樣的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。

文件下載：ads8345.pdf

一、產(chǎn)品概述

ADS8345是一款具有同步串行接口的8通道、16位采樣ADC。它采用單電源供電，電壓范圍為2.7V至5V，支持8通道單端或4通道差分輸入，最高轉(zhuǎn)換速率可達100kHz，SINAD（信納比）高達85dB。其封裝形式有QSOP - 20和SSOP - 20兩種，適用于多種應(yīng)用場景，如數(shù)據(jù)采集、測試和測量設(shè)備、工業(yè)過程控制、個人數(shù)字助理以及電池供電系統(tǒng)等。

二、產(chǎn)品特性亮點

（一）兼容性與靈活性

ADS8345與ADS7844和ADS8344引腳兼容，這為工程師在進行產(chǎn)品升級或替換時提供了極大的便利，無需對電路板進行大規(guī)模的改動。

（二）寬電源電壓范圍

單電源供電范圍為2.7V至5V，使得該芯片能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境，無論是電池供電的低功耗設(shè)備，還是常規(guī)的5V電源系統(tǒng)，都能穩(wěn)定工作。

（三）多通道輸入模式

支持8通道單端或4通道差分輸入，滿足了不同應(yīng)用場景下對輸入信號的采集需求。在需要采集多個獨立信號時，可以選擇單端輸入模式；而在對信號精度要求較高，需要抑制共模干擾時，則可以采用差分輸入模式。

（四）低功耗設(shè)計

典型功耗在100kHz吞吐量速率和+5V電源下僅為8mW，并且具備關(guān)機模式，可將功耗降低至15μW以下，非常適合電池供電的系統(tǒng)，能夠有效延長設(shè)備的續(xù)航時間。

（五）高轉(zhuǎn)換速率

最高轉(zhuǎn)換速率可達100kHz，能夠快速準確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。

三、電氣特性分析

（一）不同電源電壓下的性能表現(xiàn)

文檔中詳細給出了在+5V和+2.7V電源電壓下的電氣特性參數(shù)。以分辨率為例，無論在何種電源電壓下，ADS8345都能保證16位的高分辨率，確保了數(shù)據(jù)采集的精度。在系統(tǒng)性能方面，如積分線性誤差、增益誤差等參數(shù)，也會隨著電源電壓的變化而有所不同。在+5V電源下，ADS8345E、N型號的積分線性誤差最大為±8LSB，而在+2.7V電源下，該誤差則變?yōu)椤?LSB，這表明在較低電源電壓下，芯片的線性度表現(xiàn)更加出色。

（二）動態(tài)特性

動態(tài)特性是衡量ADC性能的重要指標之一。ADS8345在總諧波失真（THD）、信號 - 噪聲 + 失真比（SINAD）、無雜散動態(tài)范圍（SFDR）和通道間隔離度等方面都有著優(yōu)異的表現(xiàn)。在VIN = 5Vp - p、10kHz的測試條件下，+5V電源時的SINAD可達85dB，SFDR可達98dB，這意味著該芯片能夠有效抑制諧波失真和雜散信號，提供高質(zhì)量的數(shù)字輸出。

四、工作原理剖析

（一）SAR架構(gòu)

ADS8345采用經(jīng)典的逐次逼近寄存器（SAR）架構(gòu)，基于電容重新分配原理，本身包含采樣和保持功能。這種架構(gòu)具有轉(zhuǎn)換速度快、功耗低的優(yōu)點，非常適合高速數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。

（二）外部參考和時鐘

芯片需要外部參考電壓和外部時鐘。外部參考電壓范圍為500mV至+VCC/2，其值直接決定了轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。外部時鐘則用于控制轉(zhuǎn)換過程，時鐘速度通過公式fDCLK = 24·fSAMPLE決定轉(zhuǎn)換速率。

（三）模擬輸入

模擬輸入為雙極性且全差分，有單端和差分兩種驅(qū)動方式。在單端輸入時，COM輸入保持固定電壓，CHX輸入圍繞該電壓擺動，峰 - 峰幅度為2·VREF；在差分輸入時，輸入幅度為CHX和COM輸入的差值，每個輸入的峰 - 峰幅度為VREF。在實際應(yīng)用中，需要注意驅(qū)動CHX和COM輸入的源的輸出阻抗匹配，否則可能會導(dǎo)致偏移誤差、增益誤差和線性誤差。

（四）數(shù)字接口

ADS8345具有4線串行接口，與多種微處理器家族兼容。通過控制字節(jié)的設(shè)置，可以選擇輸入通道、輸入模式（單端或差分）以及電源模式等。控制字節(jié)的第一個位（S位）必須為高，用于指示控制字節(jié)的開始；接下來的三位（A2 - A0）用于選擇輸入通道；SGL/DIF位用于控制輸入模式；最后兩位（PD1 - PD0）用于選擇電源模式和時鐘模式。

五、時鐘模式與數(shù)字時序

（一）時鐘模式

ADS8345支持外部時鐘模式和內(nèi)部時鐘模式。在外部時鐘模式下，外部時鐘不僅用于數(shù)據(jù)的移位，還控制A/D轉(zhuǎn)換步驟；在內(nèi)部時鐘模式下，芯片內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時鐘，減輕了微處理器的負擔(dān)，并且可以在轉(zhuǎn)換完成后以任意時鐘速率讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

（二）數(shù)字時序

文檔中詳細給出了數(shù)字接口的時序規(guī)格，包括采集時間、數(shù)據(jù)有效時間、時鐘高電平和低電平時間等參數(shù)。這些參數(shù)對于確保芯片與微處理器之間的正確通信至關(guān)重要，在設(shè)計電路時需要嚴格按照時序要求進行布局和布線。

六、數(shù)據(jù)格式與噪聲處理

（一）數(shù)據(jù)格式

輸出數(shù)據(jù)采用二進制補碼格式，這種格式便于微處理器進行數(shù)據(jù)處理和運算。文檔中給出了理想輸入電壓與輸出代碼的對應(yīng)關(guān)系，為工程師進行數(shù)據(jù)解析提供了參考。

（二）噪聲處理

ADS8345本身的噪聲地板較低，但在實際應(yīng)用中，仍然可能會受到輸入信號和參考電壓噪聲的影響。為了降低噪聲，可以采用平均法或數(shù)字濾波法。對于直流或低頻信號，可以通過平均多個轉(zhuǎn)換結(jié)果來降低過渡噪聲；對于交流信號，則可以使用數(shù)字濾波器進行低通濾波和抽取，提高信號 - 噪聲比。

七、布局注意事項

為了確保ADS8345的最佳性能，在電路板布局時需要特別注意以下幾點：

（一）電源和參考電壓

電源和參考電壓需要干凈且良好地去耦。在芯片附近放置0.1μF的陶瓷旁路電容，以減少電源和參考電壓的噪聲和紋波。對于噪聲較大的電源，可以使用1μF至10μF的電容和5Ω或10Ω的串聯(lián)電阻進行低通濾波。

（二）接地

GND引腳應(yīng)連接到干凈的接地點，通常為模擬地。避免與微控制器或數(shù)字信號處理器的接地點過于接近，必要時可以直接從轉(zhuǎn)換器引出接地走線至電源入口點。理想的布局應(yīng)包含一個專門用于轉(zhuǎn)換器和相關(guān)模擬電路的模擬接地平面。

（三）布線

在布線時，應(yīng)盡量減少數(shù)字信號對模擬信號的干擾。將數(shù)字信號線和模擬信號線分開布線，避免交叉和并行。同時，要注意信號線的長度和阻抗匹配，以減少信號反射和衰減。

八、總結(jié)

ADS8345是一款功能強大、性能優(yōu)異的16位8通道串行輸出采樣ADC。它具有寬電源電壓范圍、多通道輸入模式、低功耗設(shè)計、高轉(zhuǎn)換速率等優(yōu)點，適用于多種應(yīng)用場景。在使用過程中，工程師需要深入了解其電氣特性、工作原理、時鐘模式、數(shù)字時序、數(shù)據(jù)格式和噪聲處理等方面的知識，并嚴格按照布局要求進行電路板設(shè)計，以充分發(fā)揮該芯片的性能優(yōu)勢。你在使用ADS8345的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。