‌ADC1283 12位SAR模数转换器技术解析与应用指南

STMicroelectronics ADC1283 12位SAR模数转换器 (ADC) 是一款低功耗、八通道、纯CMOS 12位ADC，额定转换速率范围为50ksps至200ksps，通过200ksps（3.2MHz时钟频率）测试。其架构基于具有内部采样保持单元的逐次逼近寄存器 (SAR)。ADC1283具有8个单端多路复用输入。输出串行数据为直接二进制，并与SPI™兼容。

数据手册：*附件：STMicroelectronics ADC1283 12位SAR模数转换器数据手册.pdf

模拟电源的工作电压范围为2.7V至5.5V。数字电源独立于2.7V至5.5V模拟电源工作。5V标称电源时的功耗低至3.2mW。STMicroelectronics ADC1283采用塑料TSSOP-16封装，环境工作温度范围为-40°C至+125°。

特性

• 转换速率：50ksps至200ksps
• 8:1通道输入多路复用
• 2.7V至5.5V数字I/O电源电压
• 模拟电源电压：2.7V至5.5V
• DNL (AVCC = DVCC = 5V)：+/- 0.9LSB（最大值）
• INL (AVCC = DVCC = 5V)：+/- 1.2LSB（最大值）
• 极低功耗：Pd = 3.2mW（5V电源时典型值）
• 断电模式
• 温度范围：-40°C至125°C
• 4线SPI串行数字接口
• TSSOP-16封装

框图

‌ADC1283 12位SAR模数转换器技术解析与应用指南‌

一、核心特性与系统架构

ADC1283是STMicroelectronics推出的一款高性能12位逐次逼近型模数转换器，具备以下关键技术特性：

‌1.1 核心参数优势‌

• ‌转换速率‌：支持50 ksps至200 ksps可调范围
• ‌输入通道‌：集成8路单端输入多路复用器
• ‌供电设计‌：2.7V-5.5V独立模拟/数字电源
• ‌线性精度‌：DNL最大±0.9 LSB，INL最大±1.2 LSB（5V供电）
• ‌功耗表现‌：典型功耗仅3.2 mW（5V供电@200ksps）
• ‌接口标准‌：4线SPI兼容串行接口

‌1.2 系统架构设计‌
该器件采用经典的SAR架构，内部集成采样保持电路和电荷再分配DAC。转换过程分为两个阶段：3个时钟周期的采样阶段和13个时钟周期的转换评估阶段，完整转换周期为16个时钟周期。

二、电气特性深度分析

‌2.1 静态性能指标‌
在5V供电条件下，器件展现出优异的线性度：

• 积分非线性(INL)：±1.2 LSB（最大值）
• 微分非线性(DNL)：±0.9 LSB（最大值）
• 失调误差：±2 LSB（最大值）
• 满量程误差：±1.5 LSB（最大值）

‌2.2 动态性能表现‌

• 信纳比(SINAD)：73 dB（典型值）
• 有效位数(ENOB)：11.8位（典型值）
• 无杂散动态范围(SFDR)：89 dB（典型值）

三、关键接口设计与时序控制

‌3.1 引脚功能配置‌

• ‌CS‌（引脚1）：片选信号，下降沿触发转换开始
• ‌AVCC‌（引脚2）：模拟电源（兼基准电压）
• ‌IN0-IN7‌（引脚4-11）：8路单端模拟输入
• ‌SCLK‌（引脚16）：时钟输入（0.8-3.2 MHz）

‌3.2 控制寄存器配置‌
通过3位地址码（ADD2-ADD0）选择输入通道：

ADD2	ADD1	ADD0	地址值	输入通道
0	0	0	00h	IN0
0	0	1	08h	IN1
...	...	...	...	...
1	1	1	38h	IN7

‌3.3 关键时序参数‌

• 转换时间：13个SCLK周期
• 采样时间：3个SCLK周期
• 数据访问时间(tDACC)：20-35 ns
• 数据保持时间(tDHLD)：7-13 ns

四、典型应用场景实现

‌4.1 工业自动化应用‌

• ‌过程控制‌：支持-40°C至125°C工作温度范围，满足严苛工业环境
• ‌分流电阻监测‌：配合前置放大器实现高精度电流检测
• ‌应变片传感‌：利用8通道优势实现多路应力监测

‌4.2 电源管理设计要点‌

• ‌功耗优化‌：空闲时可进入关断模式，将总电流降至2μA

‌4.3 接口电路设计建议‌

• ‌驱动电路‌：输入电容在采样期间达33pF，需配置足够驱动能力的运放
• ‌抗混叠滤波‌：根据信号频率和采样率配置合适低通滤波器
• ‌PCB布局‌：模拟与数字地分离，电源充分去耦

五、设计注意事项与优化策略

‌5.1 电源设计优化‌

• AVCC同时作为基准电压源，需保证低噪声特性
• 建议在AVCC引脚就近布置1-10μF陶瓷电容

‌5.2 时序控制优化‌

• 确保CS与SCLK满足建立保持时间要求
• SCLK占空比控制在40%-60%范围可获最佳性能

六、性能变化趋势分析

根据数据手册提供的典型特性曲线：

• ‌温度影响‌：在-40°C至125°C范围内，ENOB保持11.4位以上
• ‌电源影响‌：AVCC在3V至5V变化时，DNL维持在±0.4 LSB内