探索 ADC122S706：高性能双路 12 位 ADC 的卓越之旅

在电子工程师的日常设计中，模拟 - 数字转换器（ADC）扮演着至关重要的角色，它是连接模拟世界和数字世界的桥梁。今天，我们就来深入探讨一款优秀的 ADC 产品——TI 公司的 ADC122S706，看看它在性能、功能和应用方面有哪些独特之处。

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一、产品概述

ADC122S706 是一款双路 12 位、采样率从 500 kSPS 到 1 MSPS 的同时采样 A/D 转换器。它采用逐次逼近寄存器（SAR）架构，能够同时对两个通道的模拟输入进行采样，有效保留输入信号之间的相对相位信息。这种同时采样的特性使得它在许多需要精确相位信息的应用中表现出色，比如电机控制、功率监测等领域。

二、关键特性分析

1. 同时采样与差分输入

ADC122S706 的最大亮点之一就是真正的同时采样功能。在两个通道上同时对模拟输入进行采样，确保了输入信号的相位关系得以准确保留。而且，它采用差分输入方式，从内部采样保持电路到整个 A/D 转换器都维持了模拟输入的差分特性，这使得它具有出色的共模信号抑制能力，能够有效减少外界干扰对信号的影响。

2. 外部参考与宽输入共模电压范围

该 ADC 支持外部参考电压，参考电压范围可在 1.0V 到 $V_{A}$ 之间变化。这种灵活的参考电压设置方式，让工程师可以根据具体应用需求来调整输入信号的范围，提高了设计的灵活性。同时，它还具有较宽的输入共模电压范围，能够适应不同的输入信号环境。

3. 高速串行数据输出

ADC122S706 提供双路高速串行数据输出，输出数据为二进制补码形式，并且兼容多种标准，如 SPI™、QSPI™、MICROWIRE 和常见的 DSP 串行接口。通道 A 的转换结果通过 $D{OUTA}$ 输出，通道 B 的转换结果通过 $D{OUTB}$ 输出。这种设计使得它可以很好地替代那些在同时采样应用中使用两个独立 ADC 的系统。此外，为了降低功耗，还可以通过外部选择将其设置为单路串行数据输出模式。

三、性能指标解读

1. 静态特性

• 分辨率与线性度：ADC122S706 具有 12 位分辨率，并且保证无丢失码。其积分非线性（INL）最大为 ±1 LSB，差分非线性（DNL）最大为 ±0.95 LSB，这表明它在转换过程中能够提供较高的精度和线性度。
• 偏移误差与增益误差：偏移误差（OE）最大为 ±3 LSB，正增益误差（GE）最大为 ±5 LSB，负增益误差最大为 ±8 LSB。这些误差指标在一定程度上反映了 ADC 在实际应用中的准确性。

2. 动态特性

• 信噪比与失真：在输入频率为 100 kHz、-0.1 dBFS 的条件下，信号 - 噪声加失真比（SINAD）最小为 69.5 dBc，信噪比（SNR）最小为 71 dBc，总谐波失真（THD）最大为 -83 dBc。这些指标表明 ADC 在处理动态信号时能够保持较好的性能，减少噪声和失真的影响。
• 有效位数：有效位数（ENOB）最小为 11.25 位，这意味着 ADC 在实际应用中相当于一个 11.25 位的理想 ADC，能够提供较高的信号分辨率。

3. 功耗特性

ADC122S706 在不同的工作模式和电源电压下具有不同的功耗表现。在 $V{A}=5V$、$V{D}=3V$、采样率为 1 MSPS 的连续转换模式下，功耗典型值为 20 mW；而在掉电模式下，功耗可降低至 3 μW。这种低功耗特性使得它在对功耗要求较高的应用中具有很大的优势。

四、引脚功能与应用电路

1. 引脚描述

ADC122S706 共有 14 个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，$V{REF}$ 为电压参考输入引脚，需要连接一个 1V 到 $V{A}$ 之间的参考电压；$CHA+$ 和 $CHA-$ 分别为通道 A 的非反相和反相输入引脚，用于输入通道 A 的差分信号；$D{OUTA}$ 和 $D{OUTB}$ 分别为通道 A 和通道 B 的串行数据输出引脚。详细的引脚功能可以参考数据手册中的引脚描述表格。

2. 应用电路示例

• 数据采集系统：图 48 展示了一个基本的低成本、低功耗数据采集电路。该电路中，模拟和数字电源引脚由系统 +5V 电源供电，2.5V 参考电压由 LM4040 - 2.5 并联参考源产生。这种电路配置简单，适用于对成本和功耗有要求的数据采集应用。
• 电流传感应用：图 49 给出了将一对电流传感器与 ADC122S706 接口的示例。电流传感器将输入电流转换为电压，然后由 ADC 进行转换。由于电流传感器的输出电压为单端信号且以 2.5V 共模电压为中心，因此 ADC122S706 采用单端输入配置，将传感器的输出驱动非反相输入，传感器的共模输出电压驱动反相输入。同时，连接一个 2.0V 的串联参考电压，以确保 ADC 的所有代码都能被有效利用。
• 桥传感器应用：图 50 展示了将 ADC122S706 与一对桥传感器接口的示例。该应用假设桥传感器需要缓冲和放大以充分利用 ADC 的动态范围，因此每个 ADC 输入的放大级由 LMP7704 中的一对运算放大器组成。这种配置可以提供高输入阻抗和潜在的高放大倍数，但对桥传感器产生的噪声没有共模抑制能力。

五、使用注意事项

1. 电源与布局

在使用 ADC122S706 时，电源的稳定性和 PCB 布局非常重要。由于 ADC 对电源、参考和地引脚的尖峰信号比较敏感，因此需要为其提供干净、经过良好旁路处理的电源。建议使用 0.1 μF 陶瓷旁路电容和 1 μF 到 10 μF 的电容对电源进行旁路，并且将 0.1 μF 电容尽可能靠近 ADC 封装放置。

在 PCB 布局方面，要将模拟电路和数字电路分开，尽量缩短时钟线的长度，避免数字电路的噪声对模拟电路产生干扰。同时，模拟和数字线应尽量避免交叉，时钟线应作为传输线进行处理并进行适当的端接。

2. 参考电压

参考电压源应具有低输出阻抗，并使用至少 0.1 μF 的电容进行旁路，最好再并联一个 1 μF 到 10 μF 的较大电容。由于 ADC 的参考输入不能抑制噪声和电压变化，因此如果参考电压来自电源，需要确保外部参考电路能够有效抑制电源中的噪声和纹波。建议使用有源参考源，如 LM4040 和 LM4050 并联参考系列以及 LM4132 和 LM4140 系列参考源。

3. 时序要求

ADC122S706 的正常工作需要满足一定的时序要求。例如，$\overline{CS}$ 的下降沿不能与 SCLK 的上升沿同时发生，否则可能会导致数据提前一位输出。为了确保 MSB 总是在第 5 个 SCLK 下降沿输出，$\overline{CS}$ 的下降沿必须满足时序规格中规定的要求。

六、总结

ADC122S706 以其出色的同时采样功能、高精度的转换性能、灵活的参考电压设置和低功耗特性，成为许多应用领域的理想选择。无论是电机控制、功率监测，还是数据采集和医疗仪器等方面，它都能够提供可靠的模拟 - 数字转换解决方案。作为电子工程师，在设计相关电路时，充分了解和利用 ADC122S706 的特性和优势，将有助于提高设计的性能和可靠性。

大家在使用 ADC122S706 的过程中，有没有遇到过一些有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。