低功耗单通道8位ADC——ADC081S021详解

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的桥梁，其性能直接影响到整个系统的精度和稳定性。今天，我们就来深入了解一款低功耗、高性能的单通道8位ADC——ADC081S021。

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一、ADC081S021概述

ADC081S021是一款低功耗、单通道CMOS 8位模数转换器，具有高速串行接口。与传统仅在单一采样率下指定性能的做法不同，它在50 ksps至200 ksps的采样率范围内都有全面的性能指标。该转换器基于逐次逼近寄存器（SAR）架构，并内置跟踪保持电路，能够快速准确地将模拟信号转换为数字信号。

二、产品特性

2.1 多采样率支持

ADC081S021支持50 ksps至200 ksps的可变采样率，这使得它在不同的应用场景中都能灵活调整采样速度，以满足系统对数据采集速度和精度的要求。

2.2 小封装设计

它采用6引脚WSON和SOT - 23封装，体积小巧，适合对空间要求较高的便携式系统和高密度电路板设计。

2.3 可变电源管理

该ADC工作在2.7 V至5.25 V的单电源范围内，正常情况下，使用3.6 V或5.25 V电源时，功耗分别为1.3 mW和7.7 mW。此外，它还具备掉电功能，使用5.25 V电源时，功耗可低至2.6 μW，大大降低了系统的整体功耗。

2.4 高兼容性接口

输出的串行数据为直接二进制格式，与SPI™、QSPI™、MICROWIRE™和许多常见的DSP串行接口兼容，方便与各种微处理器和数字信号处理器进行连接。

2.5 高精度性能

典型的DNL（差分非线性）和INL（积分非线性）为+0.04/–0.03 LSB，SNR（信噪比）为49.6 dB，能够提供高精度的模数转换结果。

三、应用领域

3.1 便携式系统

由于其低功耗和小封装的特点，ADC081S021非常适合用于便携式设备，如智能手机、平板电脑、可穿戴设备等，能够在有限的电源和空间条件下实现高效的数据采集。

3.2 远程数据采集

在远程数据采集系统中，ADC081S021可以准确地采集各种模拟信号，并通过串行接口将数据传输到远程监控中心，实现对环境参数、工业过程等的实时监测。

3.3 仪器仪表和控制系统

在仪器仪表和控制系统中，高精度的模数转换是保证系统性能的关键。ADC081S021的高精度和高兼容性使其成为这类应用的理想选择，可用于测量仪器、传感器接口、工业自动化等领域。

四、技术参数

4.1 绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位
模拟电源电压，VA	-0.3	6.5	V
任何模拟引脚到GND的电压	-0.3	VA + 0.3	V
任何数字引脚到GND的电压	-0.3	6.5	V
任何引脚的输入电流		±10	mA
封装输入电流	+20 mA
结温，TJ		150	℃
存储温度，Tstg	-65	150	℃

4.2 电气特性

典型值对应TA = 25°C，最小和最大极限值适用于 - 40°C至85°C的工作温度范围。VA = 2.7 V至5.25 V，fSCLK = 1 MHz至4 MHz，fSAMPLE = 50 ksps至200 ksps，CL = 15 pF。

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
分辨率			8		位
INL	VA = 2.7V至3.6V		+0.03	+0.3	LSB
	VA = 4.75 V至5.25V，TA = 25℃	-0.03		0.04	LSB
	VA = 4.75 V至5.25V，TA = - 40°C至85°C	+0.3		+0.3	LSB
DNL	VA = 2.7V至3.6V		+0.03	+0.2	LSB
	VA = 4.75 V至5.25V，TA = 25℃	-0.03		0.04	LSB
	VA = 4.75 V至5.25V，TA = - 40°C至85°C	+0.2		+0.2	LSB
SNR	VA = 2.7V至5.25V，fiN = 100 kHz， - 0.02 dBFS	49	49.6		dBFS
功耗	VA = 3.6V		1.3		mW
	VA = 5.25V		7.7		mW

五、工作原理

5.1 功能框图

ADC081S021的功能框图展示了其内部结构，主要包括采样保持电路、逐次逼近寄存器（SAR）、数模转换器（DAC）和比较器等部分。输入的模拟信号首先经过采样保持电路进行采样和保持，然后SAR根据比较器的输出结果逐次逼近输入信号的幅度，最终将模拟信号转换为数字信号输出。

5.2 串行接口时序

CS（芯片选择）信号用于启动转换和帧定界串行数据传输，SCLK（串行时钟）控制转换过程和串行数据的时序，SDATA是串行数据输出引脚。当CS信号变为低电平时，转换过程开始，同时SDATA引脚从三态变为有效状态。在转换过程中，SCLK的上升和下降沿控制数据的采样和输出。

5.3 设备功能模式

• 正常模式：当CS信号保持低电平直到转换开始后的第10个SCLK下降沿之后，ADC进入正常模式，此时可以获得最快的吞吐量。
• 掉电模式：如果在转换开始后的第2个至第10个SCLK下降沿之间将CS信号拉高，ADC将进入掉电模式，此时所有模拟电路关闭，功耗大幅降低。

六、应用设计

6.1 典型应用电路

以ADC081S021与LMT87温度传感器的应用为例，该电路展示了如何使用ADC进行温度数据的采集。电源由德州仪器的LP2950低压差电压调节器提供，电源引脚通过电容网络进行旁路，以减少电源噪声对ADC性能的影响。

6.2 设计注意事项

• 模拟输入：模拟输入信号的范围应在0至VA之间，VA的范围为2.7 V至5.25 V。为了保护输入信号和提高ADC的性能，应避免输入信号超出（VA + 300 mV）或（GND - 300 mV）的范围。同时，建议使用低阻抗源驱动ADC，以减少采样电容充电引起的失真。
• 电源供应：由于ADC以电源电压作为参考，因此电源电压的稳定性和噪声水平对ADC的性能至关重要。应使用专用的线性稳压器或提供足够的去耦措施，以确保电源电压的稳定和低噪声。
• 布局设计：在PCB布局时，应将模拟电路和数字电路分开，避免数字噪声对模拟信号的干扰。时钟线应尽量短，并进行适当的终端匹配，以减少反射和干扰。同时，应使用单点接地的方式，确保接地的稳定性。

七、总结

ADC081S021以其低功耗、高兼容性、多采样率支持和高精度等特点，成为了便携式系统、远程数据采集、仪器仪表和控制系统等领域的理想选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求合理选择采样率、电源电压和工作模式，并注意模拟输入、电源供应和布局设计等方面的问题，以确保系统的性能和稳定性。希望通过本文的介绍，能帮助各位电子工程师更好地了解和应用ADC081S021这款优秀的模数转换器。

如果你在使用ADC081S021的过程中遇到了任何问题，或者有其他相关的经验和想法，欢迎在评论区留言分享，让我们一起探讨和进步！