逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器AD7492的性能特點(diǎn)和應(yīng)用電路分析

1 概述

AD7492是AD公司推出的12位高速、低功耗、逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器。它可在2.7V～5.25V的電壓下工作，其數(shù)據(jù)通過率高達(dá)1MSPS。它內(nèi)含一個(gè)低噪聲、寬頻帶的跟蹤/保持放大器，可以處理高達(dá)10MHz的寬頻信號(hào)。

AD7492 很容易與微處理器或DSP接口。輸入信號(hào)從CONVST的下降沿開始被采樣，轉(zhuǎn)換也從此點(diǎn)啟動(dòng)。忙信號(hào)線在轉(zhuǎn)換起始時(shí)為高電平，810ns后跳變?yōu)榈碗娖揭员硎巨D(zhuǎn)換結(jié)束。沒有與此過程相關(guān)的管線延時(shí)。轉(zhuǎn)換結(jié)果是借助標(biāo)準(zhǔn)CS和RD信號(hào)從一個(gè)高速并行接口存取的。

AD7492采用先進(jìn)的技術(shù)來獲得高數(shù)據(jù)通過率下的低功耗。在5V電壓下，速度為1MSPS時(shí)，平均電流僅為1.72mA；它還可對(duì)可變電壓/數(shù)據(jù)通過率進(jìn)行管理。在5V供電電壓和500kSPS數(shù)據(jù)通過率下的消耗電流為1.24mA。

AD7492具有全部休眠和部分休眠兩種模式，采用休眠模式可以在低數(shù)據(jù)通過率時(shí)實(shí)現(xiàn)低功力量。在5V電壓時(shí)，若速度為100kSPS，則平均電流為230μA。AD7492的模擬輸入范圍為0～REF IN。另外，該器件內(nèi)部還可提供2.5V參考電壓，同時(shí)，該參考也對(duì)外部有效。器件的轉(zhuǎn)換速度由內(nèi)部時(shí)鐘決定。AD7492的主要特性如下：

●額定電壓VDD為2.7V～5.25V；

●高數(shù)據(jù)通過率：數(shù)據(jù)通過率為1MSPS；

●功耗低：在5V電壓下，數(shù)據(jù)通過率為1MSPS時(shí)，功耗一般為8.6mW；

●輸入頻帶寬；100kHz輸入時(shí)，信噪比為70dB；

●具有片內(nèi)+2.5V參考電壓；

●具有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器；

●具有可變電壓/數(shù)據(jù)通過率管理功能，轉(zhuǎn)換時(shí)間由內(nèi)部時(shí)鐘決定。有部分和全部?jī)煞N休眠模式，采用休眠模式可在低數(shù)據(jù)通過率時(shí)使效能比達(dá)到最大；

●帶有高速并行接口；

●具有柔性數(shù)字接口。通過設(shè)定VDRIVE引腳可控制I/O引腳上的電壓；

●休眠模式的電流一般為50nA；

●無管線延時(shí)。是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，可在采樣瞬間精確控制，采樣瞬間借助于CONVST的輸入和間隔停止轉(zhuǎn)換來控制；

●外圍元器件較少，可優(yōu)化電路板空間；

●采用24引腳SOIC或TSSOP封裝形式。

2 引腳功能

圖1所示為AD7492的功能框圖。圖2為其引腳排列。各引腳的功能如下：

CS：片選引腳。在CS和RD下降沿之后，系統(tǒng)把轉(zhuǎn)換結(jié)果放在數(shù)據(jù)總線上。由于CS和RD連接在輸入端的同一個(gè)與門上，因此信號(hào)是可以互換的。

RD：讀信號(hào)輸入端。通常連接到邏輯輸入端，以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。若數(shù)據(jù)總線總是處于工作狀態(tài)，則在忙信號(hào)線變?yōu)榈碗娖街皩⑿碌霓D(zhuǎn)換結(jié)果送出去，在這種情況下CS和RD可通過硬件方式連至低電平。

CONVST：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)端。跟蹤/保持輸入放大器在CONVST的下降沿處從跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)換為保持狀態(tài)，同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程。轉(zhuǎn)換建立時(shí)間可短至15ns。如果 CONVST在轉(zhuǎn)換持續(xù)期間處于低電平，且在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)仍保持低電平，器件將自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。休眠狀態(tài)的類型由PS/FS引腳決定。若器件處于休眠狀態(tài)，CONVST的下一個(gè)上升沿將喚醒它。喚醒時(shí)間一般為1μs。

PS/FS：休眠模式選擇端。器件進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，此引腳決定休眠的類型。在部分休眠模式下，內(nèi)部參考電路和振蕩電路不斷電，耗電大約200μV。在全部休眠模式下，所有模擬電路均斷電，此時(shí)器件的功耗可以忽略不計(jì)。

BUSY：忙信號(hào)輸出端。此引腳的邏輯輸出表明器件所處的狀態(tài)。在CONVST下降沿之后，忙信號(hào)變?yōu)楦唠娖讲⒃谵D(zhuǎn)換期間保持高電平。一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入輸出寄存器，忙線復(fù)位為低電平。在忙信號(hào)下降沿之前，跟蹤/保持放大器轉(zhuǎn)為跟蹤狀態(tài)，忙信號(hào)變?yōu)榈碗娖揭蚤_始跟蹤。在忙信號(hào)變低時(shí)，若CONVST輸入仍為低電平，則器件在忙信號(hào)上降沿自動(dòng)進(jìn)行入休眠狀態(tài)。

REF OUR：2.5V±1%參考電壓輸出。

AVDD：模擬電源端。

DVDD：數(shù)字電源端，2.7～5.25V。用于給AD7492器件內(nèi)除輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸入電路外的所有數(shù)字電路提供電源。

AGND：模擬地。

DGND：數(shù)字地。

AGND和DGND理論上應(yīng)處于同一電位，即使在有瞬變電流時(shí)，其差值最大也不可超過0.3V。

VIN：模擬輸入端。單端模擬輸入路線。輸入范圍為0V～REF IN。此引腳為直流高阻抗。

VDRIVE：輸出驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字輸入電路的供電電源為2.7V～5.25V。此電源電壓決定數(shù)據(jù)輸出引腳的高電平電壓和數(shù)字輸入的閾值電壓。當(dāng)數(shù)字輸入和輸出引腳閾值電壓為3V時(shí)，VDRIVE允許AVDD和DVDD在5V電壓下工作（使ADC的動(dòng)態(tài)性能最優(yōu)）。

DB0～DB11：數(shù)字線0～11位。器件的并聯(lián)數(shù)字輸出。這是由CS和RD控制的三態(tài)輸出。它們的輸出高電平電壓是由VDRIVE引腳決定的。

3 應(yīng)用接口電路

圖3 為AD7492的一個(gè)典型連接圖。一旦CONVST變?yōu)榈碗娖剑π盘?hào)就變?yōu)楦唠娖?，在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，忙信號(hào)的下降沿用于激發(fā)一個(gè)中斷服務(wù)。由CS和RD線控制并讀取12字節(jié)。內(nèi)部2.5V參考電壓使AD7492成為0～2.5V的模擬輸入、單極性AD轉(zhuǎn)換器。REF OUT引腳需并聯(lián)一個(gè)不小于100nF的電容器，以使基準(zhǔn)電壓保持穩(wěn)定。因?yàn)榈谝婚W轉(zhuǎn)換可能會(huì)有誤差，建議剔除第一次轉(zhuǎn)換結(jié)果。這樣也可以保證各部分處于正確的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。上電時(shí)，不能變動(dòng)，否則CONVST的上升沿可能會(huì)叫不醒器件。

圖3 中，將VDRIVE引腳與DVDD相連是為了確定邏輯輸出的電平值為0或DVDD。加在VDRIVE的電壓可確定輸入和輸出邏輯信號(hào)的電壓值。如果 DVDD連接5V電壓而VDRIVE連接3V電壓，則對(duì)應(yīng)邏輯0和1的電壓為0V和3V。這些特性使得AD7492能以3V的閾值電壓使A/D在5V下運(yùn)行。

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