ADS8166 16位、250kSPS、8通道SAR ADC技术手册

ADS816x 是 16 位、8 通道、高精度逐次逼近寄存器 （SAR） 模数转换器 （ADC） 系列。ADC采用5V单电源供电，总吞吐量为1MSPS （ADS8168）、500kSPS （ADS8167）和250kSPS （ADS8166）。

输入多路复用器支持延长建立时间，这使得驱动模拟输入变得更加容易。多路复用器和ADC模拟输入的输出可用作器件引脚。这种配置允许将一个ADC驱动器运算放大器用于多路复用器的所有八个模拟输入。
*附件：ads8166.pdf

ADS816x具有数字窗口比较器，每个模拟输入通道具有可编程的高低报警阈值。具有可编程报警阈值的单运算放大器解决方案可实现低功耗、低成本和最小外形尺寸的应用。

特性

• 紧凑型低功耗数据采集系统：
  • 多路复用器分线支持单个外部驱动放大器
  • 16位SAR ADC
  • 低漂移集成基准电压源和缓冲器
  • 0.5 × VREF 输出，用于模拟输入直流偏置
• 优异的交流和直流性能：
  • 信噪比：92dB，总谐波扰：–110dB
  • INL：±0.3LSB，16位无缺码
• 带通道定序器的多路复用器：
  • 多通道排序选项：
    • 手动模式、动态模式、自动序列模式、自定义通道排序
  • 具有动态模式的快速响应时间
• 系统监控功能：
  • 每通道可编程窗口比较器
  • 通过可编程迟滞避免误触发
• 增强型SPI数字接口：
  • 1MSPS 吞吐量，16MHz SCLK
  • 高速、50MHz 数字接口
• 工作范围广：
  • 外部VREF输入范围：2.5V至5V
  • AVDD 范围为 3V 至 5.5V
  • DVDD 从 1.65V 到 5.5V
  • –40°C 至 +125°C 温度范围

参数

方框图

ADS816x 系列是德州仪器推出的 8 通道 16 位逐次逼近型模数转换器（SAR ADC），核心优势为高精度、低功耗与灵活的通道 sequencing 功能，集成内部参考源与缓冲器，支持直接传感器接口，适用于数据采集（DAQ）、工业控制、医疗设备等多通道信号采集场景。

一、核心产品特性与参数

1. 分辨率与精度

• 全系列为 16 位分辨率，无丢失码，积分非线性误差（INL）最大 ±0.8 LSB，微分非线性误差（DNL）最大 ±0.5 LSB，精度表现优异。
• 交流性能突出：信噪比（SNR）典型值 93.6 dB，总谐波失真（THD）低至 - 110 dB，无杂散动态范围（SFDR）达 112 dB，通道隔离串扰 - 115 dB，信号完整性佳。

2. 采样速率与输入配置

• 三款型号采样速率不同：ADS8168（1MSPS）、ADS8167（500kSPS）、ADS8166（250kSPS），满足不同速率需求。
• 输入支持单端与伪差分模式，满量程范围 0VREF 或 ±VREF/2（VREF 为内部 4.096V 或外部 2.5V5V），集成 REFby2 缓冲器（输出 VREF/2），方便信号直流偏置。

3. 电源与环境

• 电源配置：模拟电源（AVDD）3V5.5V（内部参考启用时 4.5V5.5V），数字电源（DVDD）1.65V~5.5V，功耗低至 15mW（ADS8166），节能特性显著。
• 工作温度范围 - 40°C~+125°C，结温最高 125°C，抗静电性能优异（HBM±2000V），适应严苛工业环境。

4. 接口与控制

• 支持增强型 SPI 接口，最高时钟频率 50MHz，兼容单 / 双 SDO 输出、时钟重定时传输，支持 SPI-00/01/10/11 四种协议，适配不同控制器。
• 集成通道 sequencer，支持手动、即时切换（on-the-fly）、自动序列、自定义序列四种模式，灵活适配多通道轮询采集需求。

二、关键功能与优势

1. 通道与参考源设计

• 多路复用器（MUX）采用 T 型开关结构，降低通道串扰，支持单外部运放驱动所有 8 通道，简化硬件设计。
• 内置 4.096V 低漂移参考源（温度漂移典型值 18 ppm/°C），支持外部参考输入，REFby2 缓冲器可提供 2mA 驱动电流，满足传感器偏置需求。

2. 系统监控与校准

• 每通道配备可编程数字窗口比较器，支持高 / 低阈值与滞回设置，通过 ALERT 引脚输出异常信号，减少主机 CPU 干预。
• 提供偏移校准、参考源边际调整寄存器，可补偿外部参考电压偏差，优化系统精度。

3. 低功耗与灵活模式

• 支持模块级掉电控制，可独立关闭 ADC、参考源、缓冲器等模块，静态功耗最低 180μA，适配电池供电场景。
• 具备异步复位功能，复位后寄存器恢复默认值，通道选择与序列配置可通过 SPI 灵活编程。

三、典型应用场景

1. 核心应用领域

• 数据采集系统：多通道传感器信号采集（如温度、压力、电流）、工业自动化监测、实验室仪器。
• 医疗设备：麻醉输送系统、气体分析仪、生理信号采集。
• 工业控制：混合模块（AI/AO/DI/DO）、城域互联设备信号监测。

2. 典型应用电路

• 1MSPS 低失真 DAQ 电路 ：通过单外部运放（如 OPA320）驱动所有通道，配合 RC 滤波网络，实现低噪声、低失真信号采集，支持≤100kHz 输入信号，SNR≥92dB，THD≤-108dB。

四、封装与订购信息

1. 封装规格

• 采用 5mm×5mm 32 引脚 VQFN 封装，底部带散热焊盘，需连接 PCB 接地平面优化散热，封装小巧，利于高密度集成。

2. 订购型号

• 主要型号：ADS8168IRHBR（3000 片 / 大卷带）、ADS8168IRHBT（250 片 / 小卷带），ADS8166/ADS8167 型号封装规格一致，仅速率标识不同。
• 封装特性：焊球材质为 NIPDAU， moisture sensitivity level（MSL）等级 2（260°C 峰值回流，1 年存储），符合 RoHS 标准，工作温度 - 40°C~+125°C。

五、设计与使用建议

1. 电源与布局

• 各电源引脚就近放置 1μF 陶瓷去耦电容，AVDD 与 DVDD 需单独布线，避免数字噪声耦合至模拟部分。
• 模拟信号与数字信号分离布局，参考源引脚（REFIO/REFP/REFM）需靠近器件放置滤波电容，减少寄生参数影响。

2. 输入与校准

• 直接传感器接口时，需考虑多路复用器切换后的信号建立时间，高阻抗传感器建议搭配缓冲器使用。
• 使用外部参考源时，通过 OFST_CAL 寄存器选择最优偏移校准配置，提升采样精度。