ADS8688AT 技术规格与应用总结

该ADS8688AT是一款基于16位逐次逼近（SAR）模数转换器（ADC）的8通道集成数据采集系统，工作吞吐量高达500 kSPS。该器件为每个输入通道提供集成模拟前端电路，具有高达 ±20V 的过压保护、具有自动和手动扫描模式的 8 通道多路复用器以及具有低温漂移的集成 4.096V 基准电压源。
*附件：ads8688at.pdf

每个输入通道采用单个 5V 模拟电源供电，可支持多个真正的双极性和单极性输入范围。每个输入范围都是软件可编程的，并且每个通道都独立，从而实现最大的系统灵活性。模拟前端增益经过精确调整，以确保所有输入范围的高直流精度。该器件为任何选定的输入范围提供 1MΩ 恒定电阻输入阻抗，从而能够将传感器直接连接到器件。

该ADS8688AT为数字主机提供了一个简单的SPI兼容串行接口，还支持多个器件的菊花链连接。数字电源的工作电压范围为1.65 V至5.25 V，可直接连接到各种主机控制器。

特性

• 16位ADC，集成模拟前端
• 具有自动和手动扫描功能的 8 通道多路复用器
• 与通道无关的可编程输入：
  • ±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、±1.28 V、±0.64 V
  • 10.24 伏、5.12 伏、2.56 伏、1.28 伏
• 5V 模拟电源：1.65V 至 5V I/O 电源
• 恒定电阻输入阻抗：1 MΩ
• 输入过压保护：高达 ±20 V
• 集成4.096V基准电压源，漂移为6 ppm/°C
• 卓越的性能：
  • 500 kSPS 聚合吞吐量
  • DNL：±0.5 LSB;INL：±0.75 LSB
  • 1 ppm/°C的增益误差和失调漂移
  • 信噪比：92分贝;总谐失真：–102 分贝
  • 低功耗：65 mW
• AUX 输入→直接连接到 ADC 输入
• ALARM →每个通道的高阈值和低阈值
• 带菊花链的SPI™兼容接口
• 温度范围：–55°C 至 +125°C
• TSSOP-38 封装（9.7 mm × 4.4 mm）

参数

方框图

ADS8688AT 是德州仪器推出的 8 通道 16 位逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC），核心优势为高集成度、宽输入范围与高精度，集成模拟前端、基准源与报警功能，支持 SPI 接口与菊花链级联，适用于电力自动化、PLC 模拟输入模块、保护继电器等工业数据采集场景。

一、核心产品特性与参数

1. 分辨率与精度

• 分辨率为 16 位，无丢失码，微分非线性误差（DNL）最大 ±0.5 LSB，积分非线性误差（INL）最大 ±0.75 LSB，线性度优异。
• 增益误差最大 ±0.05% FSR，温度漂移 1 ppm/°C；偏移误差最大 ±2 mV，温度漂移最低 1 ppm/°C，长期稳定性强。
• 动态性能：信噪比（SNR）最高 92 dB，总谐波失真（THD）低至 - 102 dB，无杂散动态范围（SFDR）达 103 dB，信号保真度高。

2. 通道与输入配置

• 8 路模拟通道 + 1 路辅助通道，支持单端输入，每通道可独立配置输入范围，涵盖双极性（±10.24 V/±5.12 V 等 5 档）与单极性（010.24 V/05.12 V 等 4 档）。
• 输入阻抗恒定 1 MΩ，不受采样频率与输入范围影响，支持直接传感器连接；输入过压保护可达 ±20 V（AVDD=5 V 时），抗干扰能力强。
• 集成二阶低通滤波器（-3 dB 带宽 15 kHz），有效抑制混叠噪声。

3. 基准源与采样性能

• 内置 4.096 V 精密基准源，初始精度 ±1 mV，温度漂移典型值 6 ppm/°C，支持外部基准源输入，适配灵活场景。
• 采样速率：总吞吐量最高 500 kSPS（多通道共享），单通道转换时间 850 ns，采集时间 1150 ns，响应速度快。

4. 电源与环境

• 电源配置：模拟电源（AVDD）5 V（4.75 V5.25 V），数字电源（DVDD）1.65 V5.25 V，典型功耗 65 mW，待机电流 3 mA，掉电电流仅 20 µA。
• 工作温度范围 - 55°C~+125°C，采用 9.7mm×4.4mm 38 引脚 TSSOP 封装，焊球材质 NIPDAU，符合 RoHS 标准，MSL 等级 2（260°C 峰值回流，1 年存储）。

二、关键功能与优势

1. 灵活输入与集成功能

• 通道独立配置：每通道可单独设置输入范围、报警阈值与 hysteresis，支持自动扫描（AUTO_RST）与手动选通（MAN_Ch_n）模式。
• 报警功能：每通道支持高低双阈值报警，带可编程迟滞，ALARM 引脚输出报警信号，可通过寄存器读取报警状态，便于故障监测。
• 辅助通道：额外提供 1 路直接输入通道（0~VREF），16 位分辨率，适配特殊信号采集需求。

2. 接口与扩展能力

• 高速 SPI 兼容接口：支持最高 17 MHz 时钟速率，16 位命令 / 数据传输，支持菊花链级联（DAISY 引脚）与星形拓扑，最多 4 个器件共享总线。
• 输出格式灵活：可配置输出数据是否包含通道地址、器件 ID 与输入范围信息，适配不同主机解析需求。

3. 低功耗与可靠性

• 多功耗模式：支持正常、待机（STDBY）与掉电（PWR_DN）模式，掉电时仅保留寄存器配置，唤醒时间 15 ms（内置基准源）。
• 抗串扰能力：通道隔离串扰达 110 dB，记忆串扰达 90 dB，多通道切换时信号干扰小。

三、典型应用场景

1. 核心应用领域

• 电力自动化：8 通道同步采集电网电压 / 电流信号，通过相位补偿算法实现高精度相位差测量，适配 50 Hz/60 Hz 工频场景。
• PLC 模拟输入模块：作为 8 通道可编程输入模块核心，支持 020 mA/420 mA 电流信号与宽范围电压信号采集，符合工业标准。
• 保护继电器：快速采集多通道模拟量，通过报警功能实现过压 / 过流快速响应，保障设备安全。

2. 典型应用电路

• 电力数据采集系统 ：每通道配置 RC 滤波电路，ADC 通过 SPI 连接 FPGA，实现 8 通道工频信号同步采集与相位补偿，满足功率测量需求。
• PLC 模拟输入模块 ：结合数字隔离器（如 ISO7141CC）与隔离电源，实现模拟信号与数字系统隔离，适配工业强干扰环境。

四、设计与使用建议

1. 电源与布局

• 模拟电源与数字电源需就近放置去耦电容（AVDD 用 1 µF+10 µF，DVDD 用 10 µF），AGND 与 DGND 单点连接，减少地弹噪声。
• 基准源引脚（REFIO/REFCAP）需外接滤波电容（10 µF+22 µF），且避免过孔，降低基准噪声。

2. 配置与校准

• 首次使用需配置通道输入范围、扫描模式与报警阈值，通过寄存器独立设置每通道参数，适配混合信号采集场景。
• 高精度场景建议在工作温度下进行系统校准，利用辅助通道或短路输入校准偏移误差，提升测量准确性。

3. 接口与多器件配置

• SPI 接口需确保 CS 引脚时序满足要求（低电平持续时间、时钟建立 / 保持时间），多器件菊花链模式时，总时钟周期为 16×N（N 为器件数量）。
• 数字信号线与模拟信号线分开布线，模拟输入路径尽量短，避免与功率线交叉，降低电磁干扰。