高性能ADC芯片AD7912/AD7922的全面解析

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。今天，我们就来深入探讨Analog Devices公司的两款高性能ADC芯片——AD7912和AD7922。

文件下载：AD7912.pdf

芯片概述

AD7912和AD7922分别是10位和12位的高速、低功耗、2通道逐次逼近型ADC。它们能够在2.35V至5.25V的单电源下工作，最高吞吐量可达1MSPS。这两款芯片集成了低噪声、宽带宽的跟踪保持放大器，能够处理超过6MHz的输入频率。

主要特性

1. 高速处理：具有1MSPS的高吞吐量，能够快速完成数据转换，满足高速数据采集的需求。
2. 宽电压范围：工作电压范围为2.35V至5.25V，适应不同的电源环境。
3. 低功耗设计：在不同电源电压下，功耗表现出色。例如，在3V电源、1MSPS吞吐量时，典型功耗为4.8mW；在5V电源、1MSPS吞吐量时，典型功耗为15.5mW。
4. 灵活管理：支持灵活的功率/串行时钟速度管理，还有待机模式，最大电流仅1µA。
5. 接口兼容性：具备高速串行接口，与SPI®/QSPI™/MICROWIRE™/DSP兼容。
6. 封装形式：提供8引脚TSOT和8引脚MSOP两种封装，节省空间。

技术规格

动态性能

在输入频率为100kHz的正弦波信号下，AD7912的信噪失真比（SINAD）最小为61dB，总谐波失真（THD）最大为 - 71dB；AD7922的SINAD最小为70dB，SNR典型值为72dB，THD最小为 - 71dB。

直流精度

AD7912的分辨率为10位，积分非线性（INL）最大为±0.5LSB，差分非线性（DNL）最大为±0.5LSB；AD7922的分辨率为12位，INL最大为±1.5LSB，DNL在不同电压范围有不同表现，保证12位无丢码。

转换速率

AD7912的转换时间最大为777ns（14个SCLK周期，SCLK为18MHz），AD7922的转换时间最大为888ns（16个SCLK周期，SCLK为18MHz），两者的吞吐量最大均为1MSPS。

电源要求

电源电压范围为2.35V至5.25V，不同工作模式下的电流消耗不同。例如，在正常模式（静态）下，VDD为4.75V至5.25V时，AD7912典型电流为3mA，AD7922典型电流为1.5mA。

工作原理

AD7912/AD7922基于电荷再分配DAC的逐次逼近型ADC。在采集阶段，采样电容获取所选输入通道的信号；转换阶段，控制逻辑和电荷再分配DAC通过增减采样电容上的电荷量，使比较器重新平衡，完成转换。

模式操作

正常模式

适用于追求最快吞吐量的应用。在该模式下，AD7912/AD7922始终保持全功率运行，无需考虑上电时间。转换在CS信号的下降沿启动，为确保芯片始终全功率运行，CS信号需在下降沿后的至少10个SCLK下降沿后保持低电平。

掉电模式

适用于对吞吐量要求较低的应用。在转换过程中，在SCLK的第二个下降沿之后、第十个下降沿之前将CS信号拉高，芯片进入掉电模式，此时所有模拟电路断电。退出掉电模式时，需进行一次伪转换，在CS信号下降沿芯片开始上电，经过16个SCLK周期后，芯片完全上电并可输出有效数据。

菊花链模式

适用于多个ADC连接的应用。将多个AD7912/AD7922连接成菊花链，通过控制CS信号，可使芯片进入菊花链模式。在该模式下，芯片作为移位寄存器工作，转换结果在芯片间依次移位传输。

应用领域

由于其高速、低功耗和多通道的特点，AD7912/AD7922广泛应用于各种领域，如电池供电系统（个人数字助理、医疗仪器、移动通信）、仪器仪表和控制系统、数据采集系统、高速调制解调器以及光学传感器等。

设计建议

接地与布局

在PCB设计时，应将模拟和数字部分分开，采用最小蚀刻技术的接地平面，数字和模拟接地平面仅在一点连接。避免在芯片下方布置数字线路，模拟接地平面应覆盖芯片下方以减少噪声耦合。电源线路应使用尽可能大的走线，时钟信号应进行屏蔽，避免与模拟输入靠近，同时避免数字和模拟信号交叉。

电源与参考

电源应进行良好的去耦，模拟电源使用10µF钽电容和0.1µF电容并联到AGND。也可使用精密参考源为芯片供电，如REF19x系列，以提供稳定的电压。

模拟输入

模拟输入应避免超过电源轨300mV，可使用带通滤波器去除高频成分。在对谐波失真和信噪比要求较高的应用中，应使用低阻抗源驱动模拟输入，必要时可使用输入缓冲放大器。

总结

AD7912/AD7922是两款性能出色的ADC芯片，它们在高速、低功耗、多通道等方面表现优异，适用于多种应用场景。在设计过程中，合理的接地布局、电源管理和输入处理能够充分发挥芯片的性能。你在使用这两款芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。