AD7853/AD7853L：高性能12位ADC的全面解析

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。AD7853/AD7853L作为一款出色的12位ADC，以其高速、低功耗等特性，在众多应用场景中发挥着重要作用。今天，我们就来深入探讨一下这款ADC的各项特性、工作原理以及应用要点。

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产品概述

AD7853/AD7853L是高速、低功耗的12位ADC，能在3V或5V单电源下工作。其中，AD7853侧重于速度优化，而AD7853L则更注重低功耗。它们在上电时具有一组默认条件，可作为只读ADC运行，同时具备自校准和系统校准功能，能确保在不同时间和温度条件下的准确运行，并且拥有多种低功耗模式。

产品特性

• 宽电压范围：支持3V至5.5V的电源电压，适用范围广泛。
• 高速采样：AD7853采样率可达200kSPS，AD7853L为100kSPS。
• 自动校准：上电自动校准，确保长期稳定性。
• 低功耗设计：AD7853在3V电源下功耗为12mW，AD7853L仅为4.5mW，还具备自动转换后电源关闭功能。
• 灵活的串行接口：与8051、SPI、QSPI、µP等兼容。
• 多种封装形式：提供24引脚DIP、SOIC和SSOP封装，方便不同应用需求。

应用领域

• 电池供电系统：如个人数字助理、医疗仪器、移动通信设备等，低功耗特性延长电池续航。
• 笔式计算机：满足高速数据采集需求。
• 仪器仪表和控制系统：确保高精度测量和控制。
• 高速调制解调器：实现高速数据转换。

技术参数详解

动态性能

参数	A版本1	B版本1	单位	测试条件/注释
信噪比（SNR）	70	71	dB min	通常SNR为72dB，输入10kHz正弦波，采样率200kHz（AD7853）或100kHz（AD7853L）
总谐波失真（THD）	-78	-78	dB max	输入10kHz正弦波，采样率200kHz（AD7853）或100kHz（AD7853L）
峰值谐波或杂散噪声	-78	-78	dB max	输入10kHz正弦波，采样率200kHz（AD7853）或100kHz（AD7853L）
二阶项	-78	-80	dB typ	fa = 9.983kHz，fb = 10.05kHz，采样率200kHz（AD7853）或100kHz（AD7853L）
三阶项	-78	-80	dB typ	fa = 9.983kHz，fb = 10.05kHz，采样率200kHz（AD7853）或100kHz（AD7853L）

线性度

• 差分非线性：A版本和B版本均为±1LSB max，L版本保证12位无漏码。
• 单极性偏移误差：A版本和B版本为±1LSB max，L版本为±2.5LSB max。
• 正满量程误差：A版本和B版本为±2.5LSB max，L版本为±4LSB max。
• 双极性零误差：A版本和B版本为±2LSB max，L版本为±2.5LSB max。

模拟输入

• 输入电压范围：0至VREF（单极性），±VREF/2（双极性）。
• 泄漏电流：±1µA max。
• 输入电容：20pF typ。

参考输入/输出

• REF IN输入电压范围：2.3/VDD。
• 输入阻抗：150kΩ typ。
• REF OUT输出电压：2.3/2.7V。
• REF OUT温度系数：20ppm/°C typ。

逻辑输入/输出

• 输入高电压：2.4V min。
• 输入低电压：0.8V max。
• 输入电流：±10µA max。
• 输入电容：10pF max。
• 输出高电压：4V min。
• 输出低电压：2.4V min。
• 浮动状态泄漏电流：0.4V max。
• 浮动状态输出电容：10pF max。

转换速率

• 转换时间：AD7853为4.6µs max，AD7853L为18µs max（-40°C至+85°C，1MHz CLKIN）或10µs max（0°C至+70°C，1.8MHz CLKIN）。
• 跟踪/保持采集时间：0.4µs max。

功耗

• 正常模式功耗：VDD = 5.5V时，AD7853为33mW max，AD7853L为10.5mW max；VDD = 3.6V时，AD7853为20mW max，AD7853L为6.85mW max。
• 睡眠模式功耗：AVDD = DVDD = 3.0V至3.6V时，AD7853为5.5mA max，AD7853L为1.9mA max。

工作原理与电路设计

转换器细节

AD7853/AD7853L采用传统的逐次逼近型转换器，基于电容DAC实现模拟信号到数字信号的转换。转换由CONVST输入脉冲或写入控制寄存器设置CONVST位为1来启动。转换周期从CLKIN信号的下降沿开始，AD7853为16.5个CLKIN周期（若满足10ns建立时间），AD7853L为18个CLKIN周期。转换完成后，BUSY输出变低，可通过串行接口读取转换结果。

典型连接图

典型连接图中，DIN线接地，AGND和DGND引脚连接在一起以抑制噪声。CAL引脚连接0.01µF电容，实现上电自动自校准。SCLK和SYNC配置为输出，转换结果以16位字输出，前四位为零，后跟12位结果。上电后，内部参考需要约150ms稳定，自动校准完成后才能正常工作。

模拟输入

模拟输入部分的等效电路中，在采集期间，开关处于跟踪位置，AIN(+)通过125Ω电阻对20pF电容充电。CONVST上升沿使开关进入保持位置，保持电容上的电荷作为AIN(+)信号的采样。AIN(–)连接到20pF电容，影响电容DAC上的电荷转移。因此，在转换期间，AIN(–)引脚电压必须保持恒定，建议连接到AGND或固定直流电压。

参考部分

为保证性能，使用外部参考时，参考电压应在2.3V至模拟电源AVDD之间。使用内部参考时，REFIN/REFOUT引脚应连接100nF电容到AGND。也可将REFIN/REFOUT引脚连接外部参考，此时100nF电容应尽量靠近该引脚，CREF1引脚连接到AVDD。

校准功能

校准概述

AD7853/AD7853L具有自动上电校准功能，在大多数应用中无需额外校准。但当工作条件（如CLKIN频率、模拟输入模式、参考电压、温度和电源电压）改变时，可能需要进行校准。校准可减少ADC内部误差，去除系统偏移和增益误差，充分利用ADC的动态范围。

校准模式

• 自校准：包括全自校准（校准DAC、内部偏移和内部增益误差）、（增益 + 偏移）自校准、自偏移校准和自增益校准。
• 系统校准：可去除AD7853/AD7853L外部的系统误差，最大校准范围为系统偏移误差±5%VREF，系统增益误差±2.5%VREF。

校准时序

自校准和系统校准的时序不同。自校准由CAL引脚或写入控制寄存器设置STCAL位为1启动，BUSY线在整个校准过程中保持高电平。系统校准的时序更为复杂，需要在不同阶段施加不同的电压，并根据BUSY信号判断校准是否完成。

串行接口

接口模式

AD7853/AD7853L提供五种接口模式，由SM1和SM2引脚决定。不同接口模式下，数据的时钟边沿和传输方式有所不同。	接口模式	POLARITY引脚	DOUT边沿	DIN边沿
1, 2, 3	0	SCLK↑	SCLK↓
1	1	SCLK↓	SCLK↑
4, 5	0	SCLK↓	SCLK↑
4, 5	1	SCLK↑	SCLK↓

接口复位

SYNC引脚可作为串行接口的复位信号。将SYNC引脚置高可复位内部移位寄存器，确保数据传输的准确性。必要时，可写入16位字0100 0000 0000 0010恢复测试寄存器的默认值。

应用提示

接地和布局

为减少模拟和数字部分的耦合，AD7853/AD7853L的模拟和数字电源独立引脚。PCB设计应将模拟和数字部分分开，使用独立的接地平面，并在一点连接。避免数字线路在器件下方布线，时钟信号应屏蔽，避免与模拟输入靠近。同时，要注意电源线路的宽度，提供低阻抗路径，减少电源线上的干扰。

性能评估

AD7853/AD7853L的评估板提供了推荐的布局，包括完全组装和测试的评估板、文档以及用于通过EVAL - CONTROL BOARD从PC控制评估板的软件。软件可对ADC进行交流（快速傅里叶变换）和直流（代码直方图）测试，并可访问所有片上寄存器，实现各种校准和电源管理选项的编程。

总结

AD7853/AD7853L以其丰富的特性、出色的性能和灵活的接口，为电子工程师在数据采集和处理领域提供了强大的工具。在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的工作模式和配置，同时注意接地和布局等细节，以充分发挥其优势。你在使用AD7853/AD7853L的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。