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AD7899是一个快速,低功耗,14位400 kSPS模数转换器

时间:2019-11-8, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征

快速(2.2秒)14位ADC;400 kSPS吞吐率;0.3s跟踪/保持采集时间;单电源操作;输入范围选择:10 V、5 V和2.5 V;0伏至2.5伏和0伏至5伏;高速并行接口,也允许与3V处理器接口;低功率,80兆瓦(典型值);节电模式,20W典型;模拟输入过电压保护;通过STBY引脚断电模式。

一般说明

AD7899是一个快速,低功耗,14位a/D转换器,工作在一个单一的5伏电源该部分包含一个2.2位的逐次逼近ADC,一个跟踪/保持放大器,2.5 V参考,片上时钟振荡器,信号调理电路和高速并行接口。该部件可接受±10 V、±5 V、±2.5 V、0 V至2.5 V和0 V至5 V的模拟输入范围。该部件模拟输入上的过电压保护允许在不损坏部件的情况下超过输入电压。转换速度可以由内部修剪的时钟振荡器或外部时钟控制。

转换开始信号(CONVST)将磁道/保持置于保持模式并启动转换。BUSY/EOC信号表示转换结束。使用标准CS和RD信号,通过14位并行数据总线从零件读取数据AD7899的最大吞吐量为400 kSPS。AD7899采用28铅SOIC和SSOP封装。

产品亮点

1、AD7899具有快速(2.2微秒)ADC,允许高达400 kSPS的吞吐量。

2、AD7899由一个5伏电源供电,功耗仅为80兆瓦,是低功耗和便携式应用的理想选择。

3、该部分提供了一个高速并行接口接口can以3v和5v模式工作,允许轻松连接到3v或5v微处理器、微控制器和数字信号处理器。

4、该部分有三个版本,具有不同的模拟输入范围AD7899-1提供±10 V和±5 V的标准工业范围;AD7899-2提供0 V至2.5或0 V至5 V的单极范围,AD7899-3的输入范围为±2.5 V。

术语信噪比

这是在A/D转换器输出端测得的信噪比(噪声+失真)信号是基波的均方根振幅噪声是所有非基本信号的均方根和,不超过采样频率(fS/2)的一半,直流除外。该比率取决于数字化过程中量化层级的数量;层级越多,量化噪声越小具有正弦波输入的理想N位转换器的理论信噪比为:

因此对于14位转换器,这是86.04db。

总谐波失真

总谐波失真(THD)是谐波的均方根和与基波的比值。对于AD7899,定义如下:

其中V1是基波的均方根振幅,V2、V3、V4和V5是第二次谐波至第五次谐波的均方根振幅。

峰值谐波或杂散噪声

峰值谐波或杂散噪声被定义为ADC输出频谱中下一个最大分量(最高fS/2,不包括dc)的均方根值与基波的均方根值之比。通常,本规范的值由频谱中最大的谐波确定,但对于谐波埋入噪声层的部分,它将是噪声峰值。

互调失真

当输入由两个频率fa和fb的正弦波组成时,任何具有非线性的有源器件都会在mfa±nfb的和频和差频产生畸变产物,其中m,n=0,1,2,3等。互调项是m和n都不等于零的项例如,二阶术语包括(fa+fb)和(fa-fb),三阶术语包括(2fa+fb),(2fa-fb),(fa+2fb)和(fa-2fb)。

AD7899使用两个输入频率进行测试。在这种情况下,二阶和三阶项的意义是不同的。二阶项通常在频率上与原始正弦波相距较远,而三阶项通常在接近输入频率的频率上因此,二阶和三阶术语是分开指定的互调失真的计算是根据THD规范进行的,其中它是单个失真产品的rms和与以dBs表示的基波的rms振幅的比值。

微分非线性

这是ADC中任意两个相邻代码之间的测量值和理想1 LSB变化之间的差值。

正增益误差(AD7899-1、AD7899-3)

这是最后一个代码转换(01)的偏差. . 110至01年. . 111)从理想的4×VREF–3/2 LSB(AD7899 at±10 V),2×VREF–3/2 LSB(AD7899在±5 V范围内)或VREF–调整双极偏移误差后的3/2 LSB(AD7899在±2.5 V范围内)。

正增益误差(AD7899-2)

这是最后一个代码转换(11)的偏差. . 110至11号. . 111)从理想的2×VREF–3/2 LSB(AD7899 at调整单极偏移误差后,±10 V),2×VREF–3/2 LSB(0 V至5 V范围内的AD7899)或VREF–3/2 LSB(0 V至2.5 V范围内的AD7899)。

单极偏移误差(AD7899-2)

这是第一个代码转换(00)的偏差。. . 00至00点. . 01)从理想AGND+1/2 LSB。

双极零点误差(AD7899-1、AD7899-2)

这是中尺度转换(所有0到所有1)与理想AGND–1/2 LSB的偏差。

负增益误差(AD7899-1、AD7899-3)

这是第一个代码转换(10)的偏差. . 000至10个. . 001)理想值–4×VREF+1/2 LSB(AD7899 at调整双极零点误差后,–10 V)、–2×VREF+1/2 LSB(AD7899在±5 V范围内)或–VREF+1/2 LSB(AD7899在±2.5 V范围内)。

跟踪/保持采集时间

跟踪/保持捕获时间是在转换结束后(跟踪/保持返回到跟踪模式的点)跟踪/保持放大器的输出达到其最终值(在±1/2 LSB范围内)所需的时间。它也适用于在AD7899的选定VINA/VINB输入上施加的输入电压有阶跃输入变化的情况这意味着用户必须等待转换结束后或步骤输入更改为VINA/VINB后的跟踪/保持采集时间的持续时间,然后才能开始另一个转换,以确保部件按规范运行。

转换器详细信息

AD7899是一款高速、低功耗、14位a/D转换器,由一个5伏电源供电该部分包含2.2μs逐次逼近ADC、跟踪/保持放大器、内部2.5 V基准和高速并行接口。该部件接受±10 V或±5 V(AD7899-1)、0 V至2.5 V或0 V至5 V(AD7899-2)和±2.5 V(AD7899-3)的模拟输入范围。部件模拟输入上的过电压保护允许输入电压达到±18 V(AD7899-1的输入范围为±10 V)、-9 V至+18 V(AD7899-1的输入范围为±5 V)、-1 V至+18 V(AD7899-2)和-4 V至+18 V(AD7899-3),而不会造成损坏。

通过脉冲CONVST输入,在AD7899上启动转换在CONVST的上升沿上,片上磁道/保持置于保持位置,并开始转换。BUSY/EOC输出信号在CONVST的上升沿被高触发,并在转换序列期间保持高该部件的转换时钟是使用激光修剪时钟振荡器电路在内部生成的。也可以选择使用外部时钟外部非连续时钟应用于CLKIN管脚如果在CONVST的上升沿,该输入为高,则使用外部时钟外部时钟应在CONVST上升沿100 ns后开始通过使用外部时钟使用内部生成的时钟see获得最佳吞吐量BUSY/EOC信号表示转换结束,此时Track and Hold返回跟踪模式转换结果可以在转换结束时通过14位并行数据总线读取(由BUSY/EOC变低表示),标准CS和RD信号参见定时和控制。

AD7899的转换时间为2.2微秒,跟踪/保持捕获时间为0.3微秒。为了从部件获得最佳性能,在转换期间或在下一个CONVST上升沿之前的150 ns期间不应进行读取操作这允许部件以高达400 kHz的吞吐量运行,并达到数据表规范。

电路描述轨道/保持段

AD7899上的跟踪/保持放大器允许ADC将满标度振幅的输入正弦波精确转换为14位精度即使当ADC以其最大吞吐量率为400 kSPS(即,跟踪/保持可以处理超过200 kHz的输入频率)时,跟踪/保持的输入带宽大于ADC的奈奎斯特速率。

跟踪/保持放大器在小于300ns的时间内将输入信号采集到14位精度。跟踪/保持的操作对用户基本上是透明的跟踪/保持放大器对CONVST上升沿上的输入通道进行采样跟踪/保持的光圈时间(即外部CONVST信号和实际进入保持的跟踪/保持之间的延迟时间)通常为15ns,并且更重要的是,在设备之间很好地匹配它允许多个AD7899同时采样多个信道在转换结束时,零件返回到其跟踪模式。跟踪/保持放大器的采集时间从此时开始。

参考章节

AD7899包含一个标号为VREF的参考管脚,该参考管脚提供对零件自身2.5V参考电压的访问,或允许连接外部2.5V参考电压,以提供零件的参考电压源。该部件规定为2.5 V参考电压。

要使用内部基准作为AD7899的基准源,只需将0.1μF电容器从VREF引脚连接到AGND。此引脚上出现的电压在应用到ADC之前在内部缓冲如果需要在AD7899外部使用该基准,则应将其缓冲,因为该部件具有与基准输出串联的FET开关,导致该输出的源阻抗为6 kΩ标称值在25°C时,内部参考公差为±10 mV,典型温度系数为25 ppm/°C,最大误差为±20 mV。

如果应用程序需要具有更严格公差的参考或AD7899需要与系统参考一起使用,则用户可以选择将外部参考连接到此VREF管脚。外部参考将有效地驱动内部参考,从而为ADC提供参考源参考输入在被施加到ADC之前被缓冲,最大输入电流±100μA。AD7899的合适参考源包括AD680、AD780、RIF192和ReF43精度2.5 V参考。

模拟输入部分

AD7899分为三种类型:AD7899-1,其输入可配置为±10 V或±5 V输入电压范围;AD7899-2,其输入可配置为0 V至5 V或0 V至2.5 V输入电压范围;AD7899-3,其处理输入电压范围±2.5 V。流入模拟输入的电流量取决于模拟输入范围和模拟输入电压。当负满刻度被施加时,最大电流流动。

AD7899-1型

图2显示了AD7899-1的模拟输入部分该输入可配置为AD7899-1上的±5 V或±10 V操作对于±5 V操作,VINA和VINB输入连接在一起,输入电压同时施加在两者上。对于±10 V操作,VINB输入与AGND相连,输入电压施加到VINA输入。VINA和VINB输入是对称的,可以完全互换。

对于AD7899-1,R1=4 kΩ,R2=16 kΩ,R3=16 kΩ,R4=8 kΩ。电阻输入级之后是跟踪/保持放大器的高输入阻抗级。

设计的代码转换发生在连续整数LSB值(即1/2 LSB、3/2 LSB、5/2 LSB等)的中间。LSB大小由公式1 LSB=FSR/16384给出。对于±5 V范围,1 LSB=10 V/16384=610.4μV。对于±10 V范围,1 LSB=20 V/16384=1.22 mV。输出编码是2的补码二进制,LSB=FSR/16384AD7899-1的理想输入/输出传递函数如表1所示。

笔记

FSR是满标度范围,在±10 V范围内为20 V,在±5 V范围内为10 V,VREF=2.5 V。

1、 LSB=FSR/16384=1.22 mV(±10 V–AD7899-1)和610.4微V(±5 V–AD7899-1),VREF=2.5 V。

AD7899-2型

图3显示了AD7899-2的模拟输入部分。每个输入可配置为0 V至5 V操作或0 V至2.5 V操作。对于0 V到5 V的操作,VINB输入与GND相连,输入电压施加到VINA输入对于0 V至2.5 V的操作,VINA和VINB输入连接在一起,输入电压同时施加在两者上VINA和VINB输入是对称的,可以完全互换。

对于AD7899-2,R1=4 kΩ,R2=4 kΩ。再次,设计的代码转换发生在连续的整数LSB值上。对于0至2.5 V和0至5 V选项,输出编码为1 LSB=FSR/16384=2.5 V/16384=0.153 mV和5 V/16384=0.305 mV的直接(自然)二进制。表II显示了AD7899-2的理想输入和输出传递函数。

笔记

FSR是满标度范围,对于VREF=2.5 V的AD7899-2,为0至2.5 V和0至5 V。

1、 LSB=FSR/16384,对于VREF=2.5 V的AD7899-2为0.153 mV(0-2.5 V)和0.305 mV(0-5 V)。

AD7899-3型

图4显示了AD7899-3的模拟输入部分在VINA输入上,模拟输入范围为±2.5 VVINB输入可以保持不连接,但如果它连接到电位,则该电位必须接地。

对于AD7899-3,R1=4 kΩ,R2=4 kΩ电阻输入级之后是跟踪/保持放大器的高输入阻抗级。

设计的代码转换发生在连续整数LSB值(即1/2 LSB、3/2 LSB、5/2 LSB等)的中间。LSB大小由公式1 LSB=FSR/16384给出输出编码是2的补码二进制,1lsb=FSR/16384=5v/16384=610.4μV。AD7899-3的理想输入/输出传输函数如表3所示。

定时和控制启动转换

通过对CONVST信号应用上升沿来启动转换。这会将磁道/保持置于保持模式并开始转换转换状态由双功能信号BUSY/EOC指示。AD7899可以在两种转换模式下工作,即EOC(转换结束)模式和忙碌模式工作模式由转换结束时的CONVST状态决定。

选择转换时钟

AD7899有一个内部激光修剪振荡器,可用于控制转换过程或者,可以使用外部时钟源来控制转换过程。允许的最高外部时钟频率为6.5兆赫这意味着与使用内部时钟的2.2微秒相比,转换时间为2.46微秒。然而,在某些情况下,当不需要高吞吐量时,使用外部时钟可能是有用的。例如,可以通过对所有设备使用相同的外部时钟来同步两个或多个ad7899这样,由于内部时钟振荡器的频率不同,输出逻辑信号之间没有延迟。

在CONVST的上升沿上,AD7899将检查CLKIN pin的状态如果这个引脚低,它将使用内部激光修剪振荡器作为转换时钟。如果CLKIN引脚高,AD7899将等待外部时钟提供给该引脚,然后将其用作转换时钟。外部时钟的第一个下降沿在CONVST上升沿之后至少100 ns内不应出现,以确保正确操作图5显示了BUSY/EOC输出如何与CLKIN信号同步每次转换需要16个时钟。转换的结果被传送到第15个时钟周期的下降沿上的输出数据寄存器。当选择内部时钟时,CLKIN引脚的状态在转换期间可以自由更改,但必须遵守CLKIN设置和保持时间,以确保使用正确的转换时钟如果要使用内部转换时钟,CLKIN管脚也可以永久地固定在低位。

EOC模式

CONVST信号通常很高。将CONVST低脉冲将在其上升沿启动转换转换结束时检查CONVST信号的状态。自从转换当这种情况发生时,AD7899 BUSY/EOC引脚将执行其EOC功能,并使BUSY/EOC线在一个时钟周期内处于低位,然后再次返回高位在这种模式下,EOC可以与RD和CS信号绑定,以便在需要时自动读取转换结果EOC模式下运行的时序图如图6所示。

忙碌模式

CONVST信号通常很低脉冲转换器高将在其上升沿启动转换转换结束时检查CONVST信号的状态由于发生这种情况时CONVST将处于低位,因此AD7899 BUSY/EOC引脚将承担其BUSY功能,从而使BUSY/EOC处于低位,表明转换已完成BUSY/EOC将保持低位,直到CONVST的下一个上升边缘BUSY/EOC返回高位。在繁忙模式下运行的时序图如图7所示。

连续转换模式

当AD7899与外部时钟一起使用时,将CLKIN和CONVST信号连接在一起将导致AD7899连续执行转换每次转换完成时,BUSY/EOC引脚将低脉冲一个时钟周期(EOC功能),指示转换结果可用图8显示了AD7899在连续转换模式下的定时和控制顺序。

从AD7899读取数据

通过带有标准CS和RD信号的14位并行数据总线从零件读取数据CS和RD输入是内部选通的,以便将转换结果转换到数据总线上。当CS和RD均为逻辑低时,数据线DB0到DB13保持高阻抗状态因此,如果需要,CS可以被永久地绑定为逻辑低电平,并且用于访问转换结果的RD信号。图6和图7显示了一个称为“安静时间”的定时规范,这是在读取操作之后和开始下一次转换之前应该留下的时间量安静时间在很大程度上取决于数据总线电容,但典型的情况是50 ns到100 ns,最坏的情况是150 ns。

待机模式操作

AD7899具有待机模式,因此可以将设备置于低电流消耗模式(典型为5μa)。AD7899通过使逻辑输入低电平而处于待机状态AD7899可以再次通电,使STBY逻辑处于高位,以便正常运行当AD7899处于待机状态时,输出数据缓冲区仍在工作。这意味着当AD7899处于待机状态时,用户仍然可以继续访问转换结果。此功能可用于降低使用低吞吐量的系统中的平均功耗。为了降低平均功耗,可以在每个转换序列结束时将AD7899置于待机状态,并在下一个转换序列开始之前再次从待机状态中取出AD7899从待机状态出来所需的时间称为“唤醒”时间。此唤醒时间将限制在转换之间断电时可以操作AD7899的最大吞吐率。当AD7899与内部基准一起使用时,基准电容器将在待机期间开始放电。唤醒时电容器上的剩余电压将取决于待机时间,从而影响唤醒时间。最小唤醒时间通常是2秒。最大唤醒时间是当电容器在待机时间足够长时参考电容器完全放电。在这种情况下,唤醒时间通常为15毫秒。当使用外部参考时,AD7899将在大约1秒内醒来,而不管睡眠时间。

在两次转换之间以待机模式操作AD7899时,可以显著地节省功耗。例如,在吞吐量为10 kSPS和外部基准的情况下,AD7899将每100微秒通电4.2微秒(唤醒时间为2微秒,转换时间为2.2微秒)。因此,平均功耗下降到80兆瓦×4.2%或大约3.36毫瓦。

AD7899动态规格

AD7899是指定的,100%测试动态性能规范以及传统的直流规范,如积分和微分非线性这些交流规范是信号处理应用(如相控阵声纳、自适应滤波器和频谱分析)所必需的这些应用需要有关ADC对输入信号光谱含量影响的信息。因此,指定AD7899的参数包括信噪比、谐波失真、互调失真和峰值谐波这些术语将在以下各节中详细讨论。

信噪比

SNR是在ADC输出端测得的信噪比信号是基波的有效值大小。噪声是所有非基本信号的均方根和,不包括直流电,其最大值为采样频率(fS/2)的一半。信噪比取决于数字化过程中使用的量化级别的数量;级别越多,量化噪声越小。正弦波输入的理论信噪比由:信噪比=(6.02N+1.76)分贝(1),其中N是位数。

因此,对于理想的14位转换器,信噪比为86.04db。

图9显示了使用5 V电源的AD7899进行8192次直流输入转换的直方图模拟输入设置在代码转换的中心。可以看出,大多数代码出现在一个输出箱中,这表明ADC具有非常好的噪声性能。

ADC的输出频谱通过对模拟输入施加非常低失真的正弦波信号来评估快速傅里叶变换(FFT)图生成可以得到信噪比数据。图10显示AD7899的典型4096点FFT图,输入信号为100 kHz,采样频率为400 kHz由该图得到的信噪比为80.5db。在计算信噪比时应考虑谐波。

有效位数

方程1中给出的公式将信噪比与比特数联系起来。重写公式,如在等式2中,可以获得以有效比特数(N)表示的性能度量。

一个设备的有效位数可以直接从其测量的信噪比计算出来图11显示了AD7899的有效位数与频率的典型关系图。

互调失真

当输入由两个频率(fa和fb)的正弦波组成时,任何具有非线性的有源器件都会在mfa±nfb的和频和差频产生畸变产物,其中m,n=0,1,2,3……等。互调项是指m和n都不等于零的互调项例如,二阶项包括(fa+fb)和(fa-fb),三阶项包括(2fa+fb),(2fa-fb),(fa+2fb)和(fa-2fb)。

AD7899使用两个输入频率进行测试。在这种情况下,二阶和三阶项具有不同的意义。二阶项通常在频率上与原始正弦波相距较远,而三阶项通常在接近输入频率的频率上因此,二阶和三阶术语是分开指定的互调失真的计算是根据THD规范进行的,其中它是单个失真产品的rms和与以dBs表示的基波的rms振幅的比值在这种情况下,输入由两个等幅低失真正弦波组成。图12显示了AD7899的典型IMD图。

交流线性曲线图

图13中的图表显示了AD7899的典型DNL和INL。

微处理器接口

AD7899的高速并行接口可以方便地与大多数DSP和微处理器接口AD7899的AD7899接口由数据线(DB0到DB13)、CS、RD和BUSY/EOC组成。

AD7899–ADSP-21xx接口

图14显示了AD7899和ADSP-21xx之间的接口。CONVST信号可以由ADSP-21xx或其他外部源产生图14显示了由DMS信号和ADSP-21xx的地址总线的组合生成的CS这样,AD7899被映射到ADSP-21xx的数据存储器空间中。

当转换完成时,AD7899 BUSY/EOC线路向ADSP-21xx提供中断然后,可以使用读取操作从AD7899读取转换结果使用以下指令读取AD7899:MR0= DM(ADC),其中MR0是ADSP-21xx MR0寄存器,ADC是AD7899地址。

AD7899–TMS320C5x接口

图15显示了AD7899和TMS320C5x之间的接口。与前面的接口一样,可以从TMS320C5x或外部源启动转换,当转换序列完成时,处理器中断从DS信号和地址总线的解码导出的到AD7899的CS信号这将AD7899映射到外部数据存储器中。来自TMS320的RD信号用于启用数据总线上的ADC数据AD7899具有快速并行总线,因此不需要等待状态以下指令用于从AD7899读取转换结果:在D,ADC,其中D是数据存储器地址,ADC是AD7899地址。


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