深入解析ADS8323：一款高性能16位模数转换器

在电子工程师的日常工作中，模数转换器（ADC）是不可或缺的关键组件，它能够将模拟信号转换为数字信号，为后续的数字处理提供基础。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）推出的ADS8323，这是一款16位、500kSPS的模数转换器，具有诸多出色的特性和广泛的应用场景。

文件下载：ads8323.pdf

一、产品概述

ADS8323是一款带有内部2.5V参考的16位、500kSPS模数转换器。它采用了基于电容的逐次逼近寄存器（SAR）ADC架构，具备固有的采样保持功能。该器件提供了全16位接口，也支持8位选项，可通过两个读取周期读取数据。ADS8323采用TQFP - 32封装，适用于工业级 - 40°C至 + 85°C的温度范围。

产品特性

• 高速并行接口：支持高速数据传输，满足快速数据采集的需求。
• 500kSPS采样率：能够以较高的速率对模拟信号进行采样，适用于高速信号处理。
• 低功耗：在500kSPS采样率下仅消耗85mW的功率，有助于降低系统功耗。
• 双极性输入范围：可以处理双极性信号，增加了应用的灵活性。

应用场景

• 高速数据采集：在需要快速采集大量数据的系统中，如测试测量设备、数据记录仪等。
• 光功率监测：用于监测光信号的功率，确保光通信系统的稳定运行。
• 电机控制：为电机控制系统提供精确的模拟信号转换，实现更精准的控制。
• 自动测试设备（ATE）：在ATE系统中对各种模拟信号进行准确测量。

二、技术参数详解

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。ADS8323的绝对最大额定值包括电源电压、模拟输入电压范围、参考输入电压等。例如，电源电压（DGND到DVDD和AGND到AVDD）的范围为 - 0.3V至6V，模拟输入电压范围为AGND - 0.3V至AVDD + 0.3V。在实际应用中，必须确保输入信号和电源电压在这些额定值范围内，否则可能会导致器件损坏。

2. 推荐工作条件

为了使ADS8323达到最佳性能，需要遵循推荐的工作条件。推荐的电源电压（AVDD和DVDD）范围为4.75V至5.25V，外部参考电压范围为1.5V至2.55V。同时，要注意AVDD和DVDD端子之间的电压差不能超过0.3V，以保证性能指标的稳定。

3. 电气特性

ADS8323的电气特性涵盖了分辨率、模拟输入特性、采样动态特性、动态特性等多个方面。

• 分辨率：达到16位，能够提供高精度的信号转换。
• 模拟输入特性：包括电容、无失码、积分线性误差、差分线性误差等。例如，电容为25pF，无失码位数为14位（ADS8323Y）或15位（ADS8323YB）。
• 采样动态特性：转换时间为1.6μs，采集时间为350ns，吞吐量率为500kSPS，能够快速准确地完成信号采样和转换。
• 动态特性：总谐波失真（THD）在100kHz、5Vpp输入时为 - 90dB（ADS8323Y）或 - 93dB（ADS8323YB），显示了良好的动态性能。

三、工作原理

1. 基本工作流程

ADS8323需要一个外部时钟来运行转换过程，时钟频率可以在25kHz（1.25kHz吞吐量）至10MHz（500kSPS吞吐量）之间变化。当CONVST引脚变为低电平时，输入数据立即进入保持模式，随后在时钟的下一个上升沿开始转换。转换完成后，BUSY信号变为低电平，此时可以通过将RD和CS引脚置低来读取数据。

2. 采样保持部分

采样保持电路允许ADC以16位分辨率准确转换满量程幅度的输入正弦波。即使在ADC以最大吞吐量500kSPS运行时，采样保持的输入带宽也大于ADC的奈奎斯特速率。典型的小信号带宽为20MHz，典型的孔径延迟时间为10ns，孔径抖动为30ps，这些特性确保了ADS8323能够在精确的时刻准确捕获交流输入信号。

3. 参考部分

ADS8323可以使用内部2.5V参考，也可以使用1.5V至2.55V的外部参考。如果使用内部参考，REF_OUT引脚应直接连接到REFIN引脚。内部参考是双缓冲的，能够为外部负载提供稳定的参考电压。

4. 模拟输入部分

模拟输入是双极性和全差分的，可以采用单端或差分方式驱动。单端输入时， - IN输入保持在共模电压， + IN输入围绕该共模电压摆动。需要注意的是， + IN和 - IN之间的最大差分电压为VREF。

四、数字接口与控制

1. 时钟要求

外部时钟（CLOCK）控制CDAC的转换速率，时钟频率在25kHz至10MHz之间，时钟周期至少为100ns，高电平和低电平时间至少为40ns。

2. BUSY信号

BUSY信号用于指示转换状态。初始时，BUSY输出为低电平。当CONVST输入变为低电平且转换开始后，最多25ns后BUSY输出变为高电平，转换期间保持高电平，转换结束后最多25ns后变为低电平。

3. BYTE信号

BYTE信号用于选择输出数据的格式。如果BYTE为低电平，输出数据以完整的16位字形式出现在DB15 - DB0上；如果只有8位总线可用，可以通过两次读取来获取数据，第一次BYTE为低电平读取低8位，第二次BYTE为高电平读取高8位。

五、布局注意事项

在设计ADS8323的电路布局时，需要特别注意以下几点：

• 参考电压：由于参考电压是内部缓冲的，外部参考源应能够驱动旁路电容而不产生振荡。建议从引脚31直接连接一个0.1μF的旁路电容到地。
• 接地：AGND和DGND引脚应连接到干净的接地点，最好是模拟地。避免与微控制器或数字信号处理器的接地点过近，必要时可以直接从转换器连接一条接地走线到电源入口点。
• 电源：VDD应连接到一个独立的 + 5V电源平面或走线，直到在电源入口点与数字逻辑的连接汇合。在器件附近应放置一个0.1μF的陶瓷旁路电容，还可以添加一个1μF至10μF的电容。如果需要，可以使用更大的电容和5Ω或10Ω的串联电阻对嘈杂的电源进行低通滤波。

六、总结

ADS8323是一款性能出色的16位模数转换器，具有高速采样、低功耗、双极性输入等优点，适用于多种应用场景。在使用过程中，工程师需要严格遵循其技术参数和工作条件，合理设计电路布局，以确保器件的性能和稳定性。同时，通过对其数字接口和控制信号的正确使用，可以实现高效的数据采集和处理。你在使用ADS8323或其他类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。