深入解析ADS8380：高性能18位ADC的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，模拟到数字的转换是一个关键环节，而选择一款合适的ADC（模拟 - 数字转换器）至关重要。今天，我们就来深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的ADS8380，一款高性能的18位、600 - kHz伪差分输入微功耗采样ADC。

文件下载：ads8380.pdf

一、产品概述

ADS8380是一款具有单端（伪差分）输入的高性能18位、600 - kHz A/D转换器。它采用了基于电荷再分配的逐次逼近寄存器（SAR）架构，这种架构本身就包含了采样/保持功能。该器件集成了内置转换时钟、内部参考和40 - MHz SPI兼容串行接口，最大转换时间为1.16 µs，能够维持600 - kHz的吞吐量。

二、关键特性剖析

（一）高精度与高分辨率

• 分辨率：ADS8380拥有18位的分辨率，确保了在数据采集过程中能够提供高精度的数字输出。在实际应用中，高分辨率可以捕捉到更细微的信号变化，对于需要精确测量的场合，如医疗仪器、高精度数据采集系统等，具有重要意义。
• 线性度：积分线性度（INL）典型值为±2 LSB，最大值为±4 LSB；差分线性度（DNL）在安静区域观察时表现出色。良好的线性度保证了ADC输出与输入信号之间的线性关系，减少了误差，提高了测量的准确性。
• 无失码：能够保证18位无失码，这意味着在整个输入范围内，每一个可能的数字输出都能准确对应一个模拟输入值，避免了因失码而导致的数据丢失或错误。

（二）高速采样与动态性能

• 采样率：高达600 - kHz的采样率，使其能够快速采集模拟信号，适用于需要高速数据采集的应用场景，如高速信号处理、光学网络等。
• 动态特性：在 $f_{i}=1 kHz$ 时，SINAD（信纳比）达到91 dB，SFDR（无杂散动态范围）达到119 dB，这些优秀的动态指标表明ADS8380在处理动态信号时能够提供清晰、准确的输出，减少了噪声和杂散信号的干扰。

（三）低功耗设计

• 工作模式功耗：在600 kHz的工作频率下，功耗仅为115 mW；在休眠模式下，功耗降至15 mW；在掉电模式下，功耗更是低至10 µW。低功耗设计不仅可以降低系统的整体功耗，延长电池续航时间，还能减少散热问题，提高系统的稳定性和可靠性。

（四）灵活的接口与输出格式

• 高速串行接口：提供高达40 MHz的高速CMOS串行接口，方便与微控制器、FPGA等数字设备进行通信，实现快速的数据传输。
• 可选输出格式：支持2's补码或直二进制输出格式，用户可以根据实际需求进行选择，提高了系统的灵活性。

三、引脚功能与连接

（一）引脚分配

ADS8380采用28引脚的6 × 6 QFN封装，各个引脚都有其特定的功能。例如，+IN和 - IN是模拟输入引脚，用于连接外部模拟信号；BUSY引脚是状态输出引脚，当转换正在进行时，该引脚为高电平；CONVST引脚是转换启动信号，用于触发ADC开始转换。

（二）连接注意事项

• 电源引脚：+VA是模拟电源引脚，+VBD是数字电源引脚，在连接时需要注意电源的稳定性和去耦。建议使用适当的电容进行去耦，以减少电源噪声对ADC性能的影响。
• 参考引脚：REFIN和REFM是参考输入引脚，当使用内部参考时，REFIN和REFOUT需要短接，并使用0.1 - µF的去耦电容和1 - µF的存储电容进行连接。如果使用外部参考，需要确保参考源的低噪声和稳定性。
• 接地引脚：AGND和BDGND分别是模拟地和数字地，需要将它们连接到干净的接地平面，避免接地噪声的干扰。

四、工作原理与操作模式

（一）工作原理

ADS8380的工作基于电荷再分配的SAR架构。当转换启动时，差分输入信号在内部电容阵列上进行采样，然后通过逐次逼近的方式将模拟信号转换为数字信号。在转换过程中，内置的转换时钟控制着转换的节奏，确保转换的准确性和稳定性。

（二）操作模式

• 转换与采样：通过CONVST_QUAL信号来控制转换和采样的启动。当CONVST_QUAL信号的下降沿被检测到时，设备从采样阶段进入转换阶段；当CONVST_QUAL为高且CS为低时，设备开始采样。
• 数据读取：数据读取操作可以在转换或采样期间进行，并且与转换控制相互独立。在SPI接口模式下，通过CS和SCLK信号来控制数据的读取；在使用FS信号的串行接口模式下，FS信号用于帧同步，控制数据的读取。
• 功率节省模式：ADS8380提供了两种功率节省模式，即全功率下降模式和休眠模式。在全功率下降模式下，通过将PD引脚置为高电平来激活，此时功耗仅为2 uA；休眠模式在转换结束时，如果CONVST_QUAL保持低电平，则自动进入，功耗为3 mA。

五、典型应用案例

（一）医疗仪器

在医疗仪器中，如心电图仪、血压计等，需要高精度的数据采集来监测人体生理信号。ADS8380的高分辨率和高精度特性能够准确捕捉到微弱的生理信号变化，为医生提供准确的诊断依据。同时，其低功耗设计可以延长电池续航时间，方便患者使用。

（二）光学网络

在光学网络中，需要高速、准确地采集光信号。ADS8380的600 - kHz采样率和优秀的动态性能能够满足光信号采集的需求，确保数据的快速、准确传输。

六、布局与设计注意事项

（一）布局要求

由于ADS8380通常与数字逻辑、微控制器等设备紧密相邻，因此在布局时需要注意将关键的模拟信号与数字信号进行隔离，减少数字信号对模拟信号的干扰。建议使用专门的模拟接地平面来连接AGND和BDGND引脚，避免接地噪声的影响。

（二）电源去耦

为了保证电源的稳定性，需要在电源引脚附近使用适当的去耦电容。对于+VA和+VBD引脚，建议使用0.1 - µF的陶瓷电容和1 - µF的电容进行去耦，以减少电源噪声对ADC性能的影响。

（三）参考电压

参考电压的稳定性对ADC的性能至关重要。如果使用外部参考，需要确保参考源能够驱动旁路电容而不发生振荡。建议在REFIN和REFM引脚之间使用0.1 - µF的旁路电容。

七、总结

ADS8380以其高精度、高速度、低功耗和灵活的接口等特性，成为了电子工程师在数据采集和信号处理领域的理想选择。无论是在医疗仪器、光学网络还是其他高精度应用中，它都能够提供可靠的性能。在实际设计过程中，我们需要充分了解其特性和要求，合理布局和连接，以确保其性能的充分发挥。希望通过本文的介绍，能够帮助各位工程师更好地理解和应用ADS8380这款优秀的ADC产品。你在使用类似ADC产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。