16位100 kSPS PulSAR®单极性ADC AD7661的技术剖析与应用指南

在电子工程师的日常设计工作中，模拟 - 数字转换器（ADC）是不可或缺的关键组件。今天，我们将深入探讨一款性能卓越的ADC——AD7661，它由Analog Devices公司推出，具备诸多出色特性，适用于多种应用场景。

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一、AD7661概述

AD7661是一款16位、100 kSPS的电荷再分配逐次逼近型模拟 - 数字转换器，采用单5V电源供电。它集成了高速16位采样ADC、内部转换时钟、内部参考、误差校正电路，以及串行和并行系统接口端口。该器件经过硬件工厂校准和全面测试，能确保诸如信噪比（SNR）和总谐波失真（THD）等交流参数，以及增益、失调和线性度等传统直流参数的性能。

（一）主要特性

1. 内部参考：具有2.5V内部参考，典型漂移为3 ppm/°C，保证最大漂移为15 ppm/°C。
2. 高吞吐量：吞吐量可达100 kSPS，能够快速处理数据。
3. 高精度：积分非线性（INL）最大为±2.5 LSB（±0.0038%满量程），16位分辨率且无丢失码。
4. 出色的交流性能：在20 kHz时，信噪比（S/(N+D)）最小为88 dB，总谐波失真（THD）最大为–96 dB。
5. 宽输入电压范围：模拟输入电压范围为0 V至2.5 V。
6. 灵活的接口：支持并行和串行5 V/3 V接口，与SPI®/QSPITM/MICROWIRETM/DSP兼容。
7. 低功耗：功耗随吞吐量降低，典型功耗为16 mW，在1 kSPS且无参考时为160 µW，有参考时典型功耗为40 mW。
8. 多种封装形式：提供48引脚LQFP和48引脚LFCSP封装，且与PulSAR ADC引脚兼容。

（二）应用领域

AD7661适用于多种应用场景，包括数据采集、医疗仪器、数字信号处理、频谱分析、仪器仪表、电池供电系统和过程控制等。

二、技术参数详解

（一）分辨率与精度

AD7661具有16位分辨率，无丢失码，确保了高精度的数据转换。其积分非线性（INL）最大为±2.5 LSB，微分非线性（DNL）在–1.0至+1.5 LSB之间，保证了转换的线性度。

（二）交流性能

在20 kHz输入频率下，信噪比（S/(N+D)）最小为88 dB，总谐波失真（THD）最大为–96 dB，无杂散动态范围（SFDR）为96至107 dB，展现了出色的交流性能。

（三）参考电压

内部参考电压在25°C时为2.48至2.52 V，典型温度漂移为±3 ppm/°C，最大漂移为±15 ppm/°C。外部参考电压范围为2.3至2.5 V（AVDD – 1.85 V）。

（四）功耗

功耗与吞吐量相关，在100 kSPS吞吐量且无参考时，功耗为16至25 mW；在1 kSPS吞吐量时，功耗为160 µW；有参考时，100 kSPS吞吐量下功耗为40至45 mW。

三、功能框图与引脚配置

（一）功能框图

AD7661的功能框图展示了其内部结构，包括参考输入、模拟输入、控制逻辑、转换电路和接口端口等部分。通过该框图，我们可以清晰地了解各部分之间的连接和工作原理。

（二）引脚配置

AD7661采用48引脚LQFP和48引脚LFCSP封装，每个引脚都有特定的功能。例如，IN引脚为主要模拟输入，REF引脚为参考输入，CNVST引脚用于启动转换，BUSY引脚指示转换状态等。详细的引脚功能描述有助于工程师正确连接和使用该器件。

四、工作原理与转换控制

（一）工作原理

AD7661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获取模拟信号；当CNVST信号变低时，转换阶段开始，通过切换电容阵列的开关，使比较器输入达到平衡，最终生成ADC输出代码。

（二）转换控制

转换由CNVST信号控制，一旦启动，直到转换完成才能重新启动或中止。可以通过保持CNVST为低电平实现自动转换，此时AD7661会自动控制采集阶段并启动新的转换。

五、数字接口

AD7661具有灵活的数字接口，支持并行和串行接口。

（一）并行接口

当SER/PAR引脚为低电平时，选择并行接口。数据可以在转换后或转换期间读取，但建议在转换阶段的前半部分读取数据，以避免数字接口电压瞬变对模拟转换电路的影响。

（二）串行接口

当SER/PAR引脚为高电平时，选择串行接口。AD7661在SDOUT引脚输出16位数据，MSB优先，数据与SCLK引脚提供的16个时钟脉冲同步。

（三）主串行接口

当EXT/INT引脚为低电平时，AD7661生成并提供串行数据时钟SCLK和SYNC信号。根据RDC/SDIN输入，数据可以在转换后或转换期间读取。

（四）从串行接口

当EXT/INT引脚为高电平时，AD7661接受外部提供的串行数据时钟。数据可以在转换后或转换期间读取，建议使用不连续时钟以避免数字输入/输出引脚的电压瞬变对转换结果的影响。

六、应用提示

（一）双极性和更宽输入范围

通过简单修改输入驱动电路，AD7661可以实现双极性和更宽的模拟输入范围，如±10 V、±5 V或0 V至5 V，而不会降低性能。

（二）布局注意事项

在PCB布局时，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。避免在器件下方运行数字线路，屏蔽快速切换信号，避免数字和模拟信号交叉。同时，确保电源供应线路具有低阻抗，并使用适当的去耦电容。

（三）性能评估

可以使用EVAL - AD7661评估板来评估AD7661的性能，该评估板提供了完整的组装和测试，以及用于通过PC控制的软件。

七、总结

AD7661是一款性能卓越的16位ADC，具有高吞吐量、高精度、低功耗和灵活的接口等优点。通过深入了解其技术参数、工作原理和应用提示，电子工程师可以更好地将其应用于各种设计中，实现高效、准确的数据采集和处理。在实际应用中，你是否遇到过类似ADC的使用问题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。