深入解析ADS7845触摸屏幕控制器：特性、应用与设计要点

在电子设备的设计中，触摸屏幕控制器是实现人机交互的关键组件之一。今天，我们将深入探讨一款经典的触摸屏幕控制器——ADS7845，详细介绍其特性、应用场景、工作原理以及设计要点。

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一、ADS7845概述

ADS7845是一款12位采样的模数转换器（ADC），具备同步串行接口和低导通电阻开关，专门用于驱动触摸屏幕。它具有低功耗、高速的特点，非常适合电池供电的系统，如带电阻式触摸屏的个人数字助理和其他便携式设备。

1.1 主要特性

• 接口与转换：支持5线触摸屏接口，采用比率式转换，单电源供电范围为2V至5V。
• 转换速率与分辨率：最高转换速率可达125kHz，可编程选择8位或12位分辨率。
• 辅助输入与电源控制：具备辅助模拟输入，支持全功率-down控制。

1.2 应用场景

ADS7845广泛应用于个人数字助理、便携式仪器、销售点终端、寻呼机和触摸屏显示器等领域。

二、技术规格详解

2.1 电气参数

在特定条件下（(T{A}=-40^{circ} C) 至 +85°C，(+V{OC}=+2.7 V) ，(V{REF}=+2.5 V) ，(f{SAMPLE }=125 kHz) ，(f{CLK}=16 cdot f{SAMPLE}=2 MHz) ，12位模式，数字输入为GND或 (+VCC) ），ADS7845的各项参数表现如下：

• 分辨率：12位。
• 模拟输入：全量程输入范围为0 - (V{REF}) ，绝对输入范围为 -0.2V 至 (+V{CC}+0.2V) ，输入电容为25pF。
• 系统性能：噪声为30µVrms，电源抑制比为70dB。
• 开关驱动与采样动态：转换时间为3 - 12个时钟周期，采集时间为500个时钟周期，吞吐量速率为100 - 125kHz等。

2.2 引脚配置与功能

ADS7845采用16引脚SSOP封装，各引脚功能如下：	引脚	名称	描述
1、10	(+V_{CC})	电源，2.0V至5V
2	UL	左上面板驱动器（(V_{CC}) 开/关）
3	UR	右上面板驱动器（在 (V_{CC}) 和GND之间切换）
4	LL	左下面板驱动器（在GND和 (V_{CC}) 之间切换）
5	LR	右下面板驱动器（GND开/关）
6	GND	接地
7	WIPER	面板输入
8	AUXIN	辅助输入
9	(V_{REF})	电压参考输入
11	PENIRQ	笔中断，开阳极输出（需外部10kΩ至100kΩ上拉电阻）
12	DOUT	串行数据输出，在DCLK下降沿移位，CS为高时为高阻抗
13	BUSY	忙输出，CS为高时为高阻抗
14	DIN	串行数据输入，CS为低时，数据在DCLK上升沿锁存
15	CS	芯片选择输入，控制转换时序并使能串行输入/输出寄存器
16	DCLK	外部时钟输入，运行SAR转换过程并同步串行数据I/O

三、工作原理剖析

3.1 基本架构

ADS7845是一款典型的逐次逼近寄存器（SAR）模数转换器，基于电容再分配架构，自带采样/保持功能，采用0.6µs CMOS工艺制造。

3.2 模拟输入与转换

• 输入方式：模拟输入通过WIPER引脚提供。在测量模式下，通过不同的面板连接方式实现X和Y位置的测量。
• 参考输入：参考电压范围为1V至 (+V_{CC}) ，其值直接设定转换器的输入范围。参考输入电流与转换速率有关，随着参考电压降低，每个数字输出代码的模拟电压权重减小，对布局和电源的要求更高。

3.3 数字接口

• 通信过程：与处理器的通信每次包含8个时钟周期，一次完整转换需三次串行通信，共24个时钟周期。
• 控制字节：控制字节包含多个控制位，如起始位S、通道选择位A2 - A0、模式位MODE、参考模式位SER/DFR和电源-down模式选择位PD1 - PD0。不同的控制位组合决定了转换器的工作模式和参数。

四、设计要点与注意事项

4.1 功耗管理

ADS7845有全功率和自动功率-down两种模式。在不同的转换速率和时钟频率下，两种模式的功耗差异不同。当转换速率降低且DCLK频率保持最高时，自动功率-down模式可显著降低功耗。此外，参考模式也会影响功耗，差分参考模式在高转换速率下会增加功耗。

4.2 布局建议

为了获得最佳性能，在布局时需要注意以下几点：

• 电源与参考：电源应干净且充分旁路，使用0.1µF陶瓷旁路电容靠近器件放置，参考电压也需类似旁路。
• 接地：GND引脚应连接到干净的接地点，避免靠近微控制器或数字信号处理器的接地点，理想情况下应使用专门的模拟接地平面。
• 触摸屏幕连接：与电阻式触摸屏的连接应尽量短而牢固，以减少误差。

4.3 PENIRQ输出

PENIRQ输出用于检测面板触摸。通过连接上拉电阻，在电源-down模式下，触摸面板时PENIRQ输出变低，触发处理器中断。同时，通过特定的控制位设置，DOUT可用于检测面板触摸，无需额外端口。

五、总结

ADS7845作为一款性能出色的触摸屏幕控制器，以其丰富的特性和广泛的应用场景，在电子设备设计中发挥着重要作用。在实际设计过程中，我们需要充分理解其工作原理，合理管理功耗，优化布局，以确保系统的稳定性和性能。你在使用ADS7845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。