TLC3541与TLC3545：高性能14位低功耗ADC的深度解析

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。TLC3541和TLC3545作为德州仪器（TI）推出的高性能14位低功耗CMOS ADC，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。本文将对这两款ADC进行详细解析，希望能为各位电子工程师在实际设计中提供有价值的参考。

文件下载：tlc3541.pdf

一、产品概述

TLC3541和TLC3545均采用单5V电源供电，具有200KSPS的采样率和内置转换时钟，INL和DNL最大误差均为±1 LSB。其SINAD为81.5 dB，SFDR达95dB，在15 kHz输入频率、200 KSPS采样率下THD为 - 94 dB，拥有SPI/DSP兼容的串行接口，SCLK输入最高可达15 MHz。此外，它们还具备自动掉电功能，工作电流为3.5 mA，自动掉电电流仅5 μA，并且提供8引脚SOIC和MSOP封装，与12/14/16位系列引脚兼容。

1.1 输入选项

• TLC3541：单通道输入。
• TLC3545：单通道伪差分输入，适用于需要零刻度偏移消除或接地噪声抑制的应用场景。

1.2 应用领域

这两款ADC广泛应用于ATE系统和工业过程控制等领域，为这些系统的精确测量和控制提供了有力支持。

二、引脚功能

2.1 TLC3541引脚

引脚名称	引脚编号	输入/输出	描述
AIN	4	I	模拟输入通道
CS	1	I	芯片选择，高到低的转换将SDO从高阻抗状态移除
FS	7	I	DSP帧同步输入，指示串行数据帧的开始
GND	3	I	内部电路的接地返回端
SDO	8	O	3态串行数据输出
SCLK	5	I	串行时钟
REF	2	I	外部电压参考输入
VDD	6	I	正电源电压

2.2 TLC3545引脚

引脚名称	引脚编号	输入/输出	描述
AINO(+)	4	I	正模拟输入
AIN1(-)	5	I	反相模拟输入
CS	1	I	芯片选择，功能与TLC3541类似
GND	3	I	接地返回端
SDO	8	O	3态串行数据输出
SCLK	7	I	串行时钟
REF	2	I	外部电压参考输入
VDD	6	I	正电源电压

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

• 电源电压：-0.3 V至6.5 V
• 模拟输入电压范围：-0.3 V至VDD + 0.3 V
• 参考输入电压：-0.3 V至VDD + 0.3 V
• 数字输入电压范围：-0.3 V至VDD + 0.3 V
• 工作虚拟结温范围：-40°C至150°C
• 工作自由空气温度范围：-40°C至85°C
• 存储温度范围：-65°C至150°C
• 引脚温度（距外壳1.6 mm，10秒）：260°C

3.2 推荐工作条件

• 电源电压：4.5 V至5.5 V
• SCLK频率：100 kHz至15000 kHz
• 可容忍时钟抖动：97 ps
• 孔径抖动：100 ps
• 外部参考电压输入：4 V至VDD
• 模拟输入电压：-0.2 V至VDD + 0.2 V
• 高电平控制输入电压：2.1 V
• 低电平控制输入电压：0.8 V

3.3 电气特性参数

在推荐工作条件下，TLC3541和TLC3545的各项电气特性参数表现出色。例如，高电平输出电压VoH在VDD = 4.5 V、Ioh = -0.2 mA时最小为3.9 V；低电平输出电压VoL在VDD = 4.5 V、Iol = 0.8 mA时最大为0.4 V。此外，它们的SINAD、SNR、THD等交流特性参数也显示出了良好的信号处理能力。

四、工作原理

4.1 初始化/复位周期

TLC3541和TLC3545在上电后需要一个复位周期进行初始化。复位周期通过将CS引脚拉低至少一个SCLK下降沿但不超过8个SCLK下降沿来启动，然后将CS引脚拉高终止复位周期。如果发出有效的复位周期，SDO输出在接下来的周期中将显示3FC0h，这有助于判断复位/初始化是否成功。

4.2 采样与转换

• 采样：转换器的采样时间为20个SCLK周期，从CS输入（或TLC3541的FS输入）的有效信号期间接收到的第5个SCLK开始。
• 转换：转换在第24个SCLK下降沿后开始，最大转换时间为2.67 μs。在下次CS输入下降沿（或TLC3541的FS输入上升沿）之前，应留出足够的时间完成转换，否则SDO输出将显示3FC0h。

4.3 控制模式

• TLC3541：可通过CS引脚（FS = 1）、FS引脚（CS接地）或同时使用CS和FS引脚进行控制。不同的控制方式适用于不同的应用场景，如SPI接口的微控制器或TMS320 DSP。
• TLC3545：所有控制均通过CS引脚实现，CS输入的下降沿启动转换周期。

五、典型特性

文档中给出了多个典型特性图表，包括信号 - 噪声比、总谐波失真与自由空气温度的关系等。这些图表有助于工程师了解器件在不同条件下的性能表现，从而在设计中做出合理的选择。例如，通过观察总谐波失真与自由空气温度的关系图，可以预测器件在不同温度环境下的失真情况，进而采取相应的补偿措施。

六、应用注意事项

6.1 参考电压

必须通过引脚2施加外部参考电压VREF，该电压决定了模拟输入的上限。VREF和模拟输入应符合绝对最大额定值的要求，以确保器件的正常工作。

6.2 自动掉电与上电

自动掉电功能可降低功耗，在每次转换周期结束时自动进入掉电状态，并在CS引脚下降沿（或TLC3541的FS引脚上升沿）唤醒。

6.3 串行接口

输出数据格式为二进制（单极直二进制），零刻度代码为0000h，满刻度代码为3FFh。

七、封装信息

TLC3541和TLC3545提供多种封装选项，包括SOIC和VSSOP封装。文档详细介绍了不同封装的尺寸、引脚数量、包装数量、载体类型、RoHS合规性等信息，同时还给出了TAPE AND REEL和TUBE的详细尺寸规格，以及封装外形图、示例电路板布局和示例模板设计等内容，为工程师的PCB设计提供了全面的参考。

综上所述，TLC3541和TLC3545以其高性能、低功耗和灵活的控制方式，成为电子工程师在设计模拟 - 数字转换电路时的理想选择。在实际应用中，工程师应根据具体需求合理选择输入选项、控制模式和封装形式，并严格遵循推荐工作条件和应用注意事项，以充分发挥这两款ADC的性能优势。各位工程师在使用这两款ADC时，有没有遇到过一些独特的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享交流。