AMC7891 模拟监测与控制电路技术文档总结

AMC7891是一个高度集成、低功耗、完整的模拟监控与控制系统，体积非常小巧。

在监控功能方面，AMC7891有8个未提交的输入，通过复用到一个10位SAR模数转换器（ADC）和一个精确的片上温度传感器。控制信号通过四个独立的10位数模转换器（DAC）生成。通过十二个可配置的GPIO实现额外的数字信号监测和控制。内部参考可以用来驱动ADC和DAC。
*附件：amc7891.pdf

与设备通信通过一种多功能的四线串口接口实现，兼容行业标准的微处理器和微控制器。串行接口的时钟频率最高可达30 MHz，允许快速访问关键系统数据。

该器件可运行于-40°C至105°C的温度范围内，并提供非常小的36针、6毫米×6毫米QFN封装。

AMC7891的低功耗、小体积和高集成度使其成为现代射频晶体管模块（如功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA）的理想低成本偏置控制电路。AMC7891功能集在通用监测和控制系统中同样有益。

特性

• 10位，500千秒秒的SAR辅助应用中心：
  • 8 个外部模拟输入
  • V 裁判 ，2 × V裁判输入范围
• 四个10位单调DAC：
  • 0至5伏输出范围
  • 最高10毫安的吸收和源源能力
  • 开机复位为0V
• 内部2.5伏参考
• 内部温度传感器：
  • –40°C至+125°C作
  • 精度为±2.5°C
• 12个通用I/O端口：
  • 1.8伏至5.5伏工作
• 低功耗SPI兼容串行接口：
  • 4线模式，1.8伏至5.5伏工作
  • SCLK最高可达30 MHz
• 温度范围：–40°C至+105°C
• 低功率：32.5毫瓦，5伏，完整工作条件
• 节省空间封装：36针，6毫米×6毫米QFN

参数

方框图

AMC7891 是德州仪器（TI）推出的高集成度模拟监测与控制电路，集成 10 位 ADC、4 路 10 位 DAC、温度传感器及 12 个 GPIO，凭借低功耗、小尺寸及多功能特性，专为蜂窝基站、射频通信系统、光网络等场景设计，可实现信号监测、参数控制及状态反馈等综合功能。

一、芯片基础信息与核心特性

1. 基础规格

• 型号与定位 ：文档编号 SBAS518A，初始发布于 2011 年 8 月，2011 年 12 月修订，是一款高度集成的单芯片监测与控制系统。
• 供电与温度 ：模拟电源 4.75V-5.5V（AVDD），GPIO 与串行接口电源 1.8V-5.5V（GPIOVDD/SPIVDD）；工作温度 - 40°C 至 + 105°C，存储温度 - 40°C 至 + 150°C。
• 封装形式 ：36 引脚 6mm×6mm QFN 封装（型号 RHH），底部带热焊盘，结到环境热阻 30.6°C/W，适配高密度 PCB 布局。

2. 核心性能指标

• ADC 性能 ：10 位分辨率，8 路外部模拟输入，最高采样率 500 kSPS；输入范围支持 0-VREF 或 0-2×VREF（内置 2.5V 基准），SFDR 达 76 dBc，SNR 为 61 dBc，INL 和 DNL 均≤±1 LSB，保证采样精度。
• DAC 性能 ：4 路独立 10 位 DAC，输出范围 0-AVDD，支持 ±10 mA 源 / 灌电流；INL±0.05 LSB（典型值），DNL±0.1 LSB（典型值），建立时间 5 μs， glitch 能量低至 0.15 nV・s，输出稳定性优异。
• 辅助功能 ：内置温度传感器，测温范围 - 40°C 至 + 125°C，精度 ±2.5°C；12 个 GPIO 支持 1.8V-5.5V 宽电压操作，可配置为输入或输出；内置 2.5V 基准源，支持外部基准切换。
• 低功耗与接口 ：全工作条件下功耗仅 32.5 mW（5V 供电），掉电模式低至 6.25 mW；4 线 SPI 兼容串行接口，最高时钟频率 30 MHz，支持快速数据读写。

二、关键功能模块与工作原理

1. 核心功能模块

• ADC 模块 ：8 路单端模拟输入（AIN0-AIN7），支持直接模式（单次转换）和自动模式（连续循环转换），采样率可通过寄存器配置为 500 kSPS/250 kSPS/125 kSPS/62.5 kSPS；双缓冲数据寄存器，转换完成后通过 DAV 引脚或 adc_ready 位反馈状态。
• DAC 模块 ：4 路电压输出（DACOUT0-DACOUT3），支持异步更新（写寄存器即生效）和同步更新（统一触发）；具备清零功能，可通过 DAC_clear 寄存器预设清零后的输出值，掉电时输出呈高阻态。
• 温度传感器 ：后台持续工作，测温结果以 12 位二进制补码格式存储，分辨率 0.125°C/LSB，转换时间默认 15 ms，可通过寄存器调整转换速率。
• GPIO 与串行接口 ：12 个 GPIO 可独立配置为输入或输出，支持数字信号监测与控制；SPI 接口采用 24 位帧格式，包含指令周期（读 / 写 + 地址）和数据周期，支持连续 / 非连续时钟模式。

2. 基准与电源管理

• 基准源 ：内置 2.5V 精密带隙基准，可通过 ref_on 位切换为外部基准模式（REF 引脚作为输入）；内置基准输出时需外接 4.7 μF 去耦电容，保证稳定性。
• 电源管理 ：支持 ADC、DAC、基准源独立上电 / 掉电控制，掉电模式下功耗显著降低；推荐上电序列需先稳定 AVDD，再进行寄存器配置，确保器件正常初始化。

三、应用场景与设计建议

1. 典型应用

• 通信系统 ：蜂窝基站功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）的偏置电压控制与工作状态监测，如 drain 电流、供电电压、温度等参数监测。
• 射频设备 ：射频通信系统中可变增益放大器（VGA）的增益调节，配合 ADC 实现信号功率反馈控制。
• 通用监测控制 ：光网络设备、工业控制场景中的模拟信号采集、参数调节及数字接口扩展。

2. 设计注意事项

• 电源与接地 ：模拟地（AGND1/AGND2）与数字地（DGND）需共地且电位差不超过 0.3V；各电源引脚就近并联 0.1 μF 去耦电容，模拟电源与数字电源分开布线，减少串扰。
• 信号匹配 ：ADC 输入为高阻抗节点，需缩短走线、减少寄生电容；DAC 输出驱动负载时，需注意负载电流不超过 ±10 mA，避免输出失真。
• ESD 防护 ：芯片 ESD 额定值为人体放电模型（HBM）2.5 kV、带电器件模型（CDM）1.0 kV，PCB 设计需加入 ESD 防护元件，操作时避免静电损坏。
• 基准配置 ：使用内置基准时，REF 引脚需外接 4.7 μF 去耦电容；使用外部基准时，需确保基准电压稳定且在 0.3V-AVDD 范围内。

四、关键寄存器与操作要点

1. 核心寄存器功能

• 配置类寄存器 ：AMC_config（0x36）配置 ADC 转换模式（直接 / 自动）与速率；ADC_enable（0x37）使能指定 ADC 输入通道；DAC_sync（0x3A）设置 DAC 同步 / 异步更新模式。
• 数据类寄存器 ：ADCn_data（0x23-0x2A）存储 8 路 ADC 采样结果；DACn_data（0x2B-0x2E）存储 4 路 DAC 输出数据；temp_data（0x00）存储温度传感器测量结果。
• 控制类寄存器 ：AMC_power（0x3B）控制 ADC、DAC、基准源的上电状态；AMC_reset（0x3E）用于软件复位（写入 0x6600 触发）。

2. 典型操作流程

• ADC 采样 ：配置 ADC_enable 使能目标通道，通过 AMC_config 设置转换模式与速率，触发转换后读取 ADCn_data 寄存器获取结果，DAV 引脚低电平表示数据就绪。
• DAC 输出 ：写入 DACn_data 寄存器设置输出值，异步模式下即时生效，同步模式需设置 dac_load 位统一触发更新；可通过 DAC_clear 寄存器将 DAC 输出清零至预设值。
• 温度监测 ：设置 temp_config 寄存器使能温度传感器，通过 temp_data 寄存器读取测温结果，分辨率 0.125°C，需注意数据为二进制补码格式。