AD7984：高性能18位ADC的深度解析与应用指南

在电子工程师的日常工作中，模拟 - 数字转换器（ADC）是至关重要的组件。今天，我们将深入探讨一款高性能的18位ADC——AD7984，详细了解它的特点、工作原理、应用场景以及设计要点。

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一、AD7984概述

AD7984是一款采用逐次逼近架构的18位ADC，由Analog Devices公司生产。它具备高速、低功耗的特点，能够以1.33 MSPS的吞吐量进行采样，非常适合需要高精度和高速度的应用场景。该芯片采用单电源供电，拥有灵活的串行接口，可与多种数字逻辑家族兼容，并且提供10引脚的MSOP和LFCSP封装，节省空间且配置灵活。

二、关键特性

高性能表现

• 宽输入范围：支持±VREF的真差分模拟输入范围，VREF可在2.9V至5V之间设置，能满足不同应用的需求。
• 高分辨率：18位分辨率且无丢失码，确保了高精度的转换结果。
• 低延迟架构：零延迟架构，适用于多通道复用应用。
• 出色的动态性能：在VREF = 5V、fIN = 1kHz的条件下，SNR可达98.5dB，THD为 - 110.5dB，SINAD为97.5dB，动态范围高达99.7dB。

低功耗设计

• 单电源供电：支持2.5V单电源工作，搭配1.8V/2.5V/3V/5V逻辑接口，降低了系统功耗。
• 低功耗模式：在1.33 MSPS的吞吐量下，总功耗仅为10.5mW；在10 kSPS时，功耗低至80μW。

灵活的接口

• 串行接口兼容性：SPI/QSPI/MICROWIRE™/DSP兼容，方便与各种数字设备连接。
• 菊花链功能：支持多个ADC的菊花链连接，减少了布线复杂度，适用于多通道系统。

宽温度范围

工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，能适应不同的工业和环境应用。

三、工作原理

AD7984基于电荷再分配DAC的逐次逼近型ADC。在采集阶段，电容阵列作为采样电容，采集IN+和IN - 输入的模拟信号。当CNV输入上升沿触发时，转换阶段开始，通过开关切换电容阵列的连接，使比较器输入发生二进制加权电压变化，控制逻辑不断调整开关状态，使比较器达到平衡，最终生成ADC输出代码和忙信号指示。由于芯片自带转换时钟，因此转换过程无需串行时钟SCK。

四、应用场景

自动化测试设备

高精度和高速度的特性使其能够准确采集测试信号，满足自动化测试设备对数据采集的要求。

数据采集系统

适用于多通道数据采集，可同时处理多个模拟信号的转换，提高系统的采集效率。

医疗仪器

在医疗设备中，对信号的精度和稳定性要求较高，AD7984能够满足这些需求，确保医疗数据的准确采集。

机器自动化

为机器自动化系统提供精确的模拟信号转换，帮助实现对机器的精确控制。

五、设计要点

驱动放大器选择

驱动放大器的选择对AD7984的性能至关重要。放大器产生的噪声应尽可能低，以保持AD7984的SNR和过渡噪声性能。对于交流应用，放大器的THD性能应与AD7984相匹配。在多通道复用应用中，放大器和AD7984的模拟输入电路必须能够在18位水平上完成全量程阶跃的建立。推荐的驱动放大器包括ADA4805 - 1/2、ADA4807 - 1/2、ADA4841 - 1/2等。

单端转差分驱动

对于单端模拟信号应用，可使用ADA4941 - 1单端转差分驱动器，将单端信号转换为差分输入，满足AD7984的输入要求。

电压参考输入

AD7984的电压参考输入REF具有动态输入阻抗，应使用低阻抗源驱动，并在REF和GND引脚之间进行有效的去耦。根据参考源的不同，选择合适的去耦电容，如使用低温度漂移参考源时，可选择22μF（X5R，1206尺寸）的陶瓷芯片电容。

电源供应

AD7984使用两个电源引脚：核心电源VDD和数字输入/输出接口电源VIO。VIO可直接与1.8V至5.5V的逻辑电路接口。为减少电源数量，VIO和VDD可连接在一起。当VIO大于或等于VDD时，芯片对电源排序不敏感；当VIO小于VDD时，应先施加VIO，再施加VDD。

数字接口

AD7984提供灵活的串行接口模式，包括CS模式和链模式。在CS模式下，可选择3线或4线接口；在链模式下，可实现多个ADC的菊花链连接。同时，芯片还提供忙信号指示功能，方便用户进行数据读取和控制。

六、布局建议

在PCB设计中，应将模拟和数字部分分开，避免数字线路在芯片下方布线，防止噪声耦合。至少使用一个接地平面，可采用公共接地平面或数字和模拟部分分开的接地平面，在AD7984下方连接。AD7984的电压参考输入REF应使用去耦电容进行去耦，减少寄生电感。电源VDD和VIO应使用陶瓷电容进行去耦，提供低阻抗路径，减少电源线上的干扰。

七、总结

AD7984作为一款高性能的18位ADC，具有出色的性能、低功耗、灵活的接口和宽温度范围等优点，适用于多种应用场景。在设计过程中，合理选择驱动放大器、注意电压参考输入和电源供应，以及优化PCB布局，能够充分发挥AD7984的性能，为电子工程师提供可靠的模拟 - 数字转换解决方案。

你在使用AD7984的过程中遇到过哪些问题？或者对这款芯片还有哪些疑问？欢迎在评论区留言讨论。