ADC088S022：8通道、50 ksps至200 ksps、8位A/D转换器深度解析

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。本文将深入探讨德州仪器（TI）的ADC088S022，这是一款低功耗、八通道CMOS 8位A/D转换器，适用于多种应用场景。

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一、产品概述

ADC088S022专为50 ksps至200 ksps的转换吞吐量速率而设计，采用逐次逼近寄存器（SAR）架构，并内置跟踪保持电路。它具有八个输入通道，能配置为接受多达八个输入信号，输出串行数据为直二进制格式，兼容SPI™、QSPI™、MICROWIRE和许多常见的DSP串行接口。

二、关键特性与优势

（一）特性亮点

1. 多通道输入：八个输入通道可满足多信号采集需求，适用于复杂系统。
2. 可变电源管理：独立的模拟和数字电源，模拟电源（$V{A}$）范围为 +2.7V至 +5.25V，数字电源（$V{D}$）范围为 +2.7V至$V_{A}$，提供灵活的电源配置。
3. 接口兼容性：与SPI™、QSPI™、MICROWIRE和DSP兼容，方便与各种数字系统集成。
4. 低功耗设计：正常功耗低，+3V供电时为0.9 mW（典型值），+5V供电时为5.5 mW（典型值）；掉电模式下功耗更低，+3V供电时为0.03 µW，+5V供电时为0.15 µW。
5. 封装形式：采用16引脚TSSOP封装，节省电路板空间。

（二）性能优势

1. 高分辨率与线性度：分辨率为8位，无缺失码；积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）最大为±0.2 LSB，确保转换精度。
2. 宽动态范围：信号 - 噪声加失真比（SINAD）和信号 - 噪声比（SNR）在$f_{IN}$ = 39.9 kHz、 - 0.02 dBFS条件下最小为49.2 dB，无杂散动态范围（SFDR）最小为64.2 dB，能有效处理不同幅度的信号。
3. 快速转换：转换速率为50 ksps至200 ksps，可满足高速数据采集需求。

三、引脚说明

引脚编号	符号	描述
4 - 11	IN0至IN7	模拟输入，信号范围为0V至$V_{REF}$
16	SCLK	数字时钟输入，频率范围为0.8 MHz至3.2 MHz，控制转换和读出过程
15	DOUT	数字数据输出，在SCLK引脚下降沿输出采样数据
14	DIN	数字数据输入，在SCLK引脚上升沿加载控制寄存器数据
1	CS	芯片选择，下降沿启动转换过程，低电平持续转换
2	VA	正模拟电源引脚，也是参考电压，需连接到安静的 +2.7V至 +5.25V电源，并通过1 µF和0.1 µF单片陶瓷电容旁路到GND
13	VD	正数字电源引脚，连接到 +2.7V至$V_{A}$电源，通过0.1 µF单片陶瓷电容旁路到GND
3	AGND	模拟电源和信号的接地返回
12	DGND	数字电源和信号的接地返回

四、工作原理

（一）转换过程

ADC088S022的转换过程分为跟踪和保持两个阶段。在跟踪模式下（CS拉低后的前三个SCLK周期），开关SW1将采样电容连接到八个模拟输入通道之一，SW2平衡比较器输入；在保持模式下（CS拉低后的后十三个SCLK周期），SW1将采样电容连接到地，保持采样电压，SW2使比较器失衡，控制逻辑指示电荷再分配DAC对采样电容进行电荷加减操作，直到比较器平衡，此时DAC的数字字即为模拟输入电压的数字表示。

（二）串行接口

CS用于启动转换和帧定界串行数据传输，SCLK控制转换过程和串行数据时序，DOUT为串行数据输出引脚，DIN为串行数据输入引脚。串行帧在CS下降沿启动，上升沿结束，每个帧必须包含整数倍的16个SCLK上升沿。

五、应用信息

（一）典型应用电路

典型应用中，可使用TI的LP2950低压差电压调节器为模拟和数字电源供电。模拟电源需通过靠近ADC088S022的电容网络旁路，数字电源与模拟电源通过隔离电阻分离，并额外旁路电容。为减少输入电容变化引起的误差，每个输入引脚连接一个电容到地，同时添加隔离电阻隔离负载电容与输入源。

（二）电源供应考虑

1. 电源顺序：由于模拟和数字电源共享ESD资源，$V{A}$必须在$V{D}$之前或同时上升，以避免ESD二极管导通。
2. 电源管理：CS为低电平时，ADC088S022全功率运行；CS为高电平时，全功率关闭。在连续转换模式下，ADC088S022在一次转换的第16个SCLK下降沿和下一次转换的第1个SCLK下降沿之间自动进入掉电模式。可通过调整转换次数实现功率和吞吐量的平衡。
3. 电源噪声考虑：数字电源的电流脉冲会导致电压变化，影响ADC性能。为避免数字噪声进入模拟电源，可将模拟和数字电源解耦或使用单独电源，同时尽量减小输出负载电容，若负载电容大于50 pF，可在ADC输出端添加100 Ω串联电阻。

（三）布局与接地

为避免数字电路和模拟电路之间的电容耦合，应将模拟电路与数字电路分离，时钟线尽量短。模拟和数字线应尽量避免交叉，时钟线应作为传输线并正确端接。模拟输入应与噪声信号迹线隔离，外部组件应连接到干净的接地平面。建议使用单一均匀的接地平面和分离的电源平面。

六、总结

ADC088S022凭借其多通道输入、低功耗、高兼容性和良好的性能，适用于汽车导航、便携式系统、医疗仪器、移动通信和仪器控制等多种应用场景。在设计过程中，合理考虑电源供应、布局和接地等因素，能充分发挥其性能优势，为电子系统的模拟信号采集提供可靠解决方案。你在使用类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。