ADS8327和ADS8328是低功耗，16位，500 kHz，单/双单极输入，带串行接口的模数转换器

特征

2.7-V至5.5-V模拟电源，低功率：–10.6兆瓦（500千赫，+VA=2.7V，+VBD=1.8V）；500 kHz采样率；优异的直流性能–典型值为±1.5 LSB，最大值为±2 LSB；-±0.6 LSB典型，±1 LSB最大DNL；–16位NMC温度过高；–2.7 V时最大偏移误差为±0.5 mV；-5 V时最大偏移误差为±1 mV；在fI=10 kHz时具有出色的交流性能；91分贝信噪比，100分贝SFDR，–96分贝THD；内置转换时钟（CCLK）×（+VA）I/O电源–SPI/DSP兼容串行1.65V至1.5V;SCLK高达50 MHz。

全面断电模式：深功率下降；关闭Nap电源；自动关机。

单极输入范围：0 V至VREF。

软件重置；全球转换（独立于CS）；可编程状态/极性EOC/INT；×4 QFN或16针TSSOP包装16针4；多芯片菊花链模式；可编程标签位输出；沟通自动/手动通道选择模式。

应用

传感器接口；医疗器械；磁强计；工业过程控制；数据采集系统；自动测试设备。

说明

ADS8327是一种低功耗、16位、500 kSPS模数转换器，具有单极输入。该装置包括一个基于16位电容的SAR a/D转换器和固有的采样和保持。

ADS8328基于相同的核心，包括一个2对1的输入多路复用器，带有标签位输出的可编程选项。ADS8327和ADS8328都提供高速、宽电压串行接口，并且在使用多个转换器时能够进行链式操作。

这些转换器可在16引线TSSOP或4x4 QFN封装中使用，并完全指定在工业-40°C至+85°C温度范围内运行。

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操作理论

ADS8327／28是一种高速、低功耗、逐次逼近寄存器（SAR）模数转换器（ADC），其使用外部基准。该体系结构基于电荷再分配，它固有地包括一个采样/保持功能。

ADS8327/28有一个内部时钟，用于运行转换，但也可以编程运行基于外部串行时钟SCLK的转换。

ADS8327有一个模拟输入。模拟输入提供给两个输入引脚：+IN和–IN。当转换开始时，这些引脚上的差分输入在内部电容器阵列上采样。在转换过程中，+in和–in输入都与任何内部功能断开。

ADS8328有两个输入端。两个输入共享相同的公共管脚COM。负输入与ADS8327的–IN引脚相同。ADS8328可编程为手动选择信道，也可编程为自动信道选择模式，在信道0和1之间自动扫描。

模拟输入

当转换器进入保持模式时，+IN和–IN输入之间的电压差被捕捉到内部电容器阵列上。输入端的电压限制在AGND–0.2v和AGND+0.2v之间，允许输入端拒绝与输入端相同的小信号。+IN输入的范围为-0.2 V至VREF+0.2 V。输入范围（+IN-（-IN））限制为0 V至VREF。

通过模拟输入的（峰值）输入电流取决于许多因素：采样率、输入电压和源阻抗。进入ADS8327/28的电流在采样期间为内部电容器阵列充电。该电容充满电后，不再有输入电流。模拟输入电压源必须能够在最小采集时间（238ns）内将输入电容（45pf）充电至16位稳定水平。当转换器进入保持模式时，输入阻抗大于1 GΩ。

必须注意绝对模拟输入电压。为保持转换器的线性，+IN和–IN输入和量程（+IN-（-IN））应在规定的范围内。在这些范围之外，转换器的线性度可能不符合规范。为了减少噪声，应使用低通滤波器的低带宽输入信号。应注意确保驱动+输入和-输入的源的输出阻抗匹配。如果没有观察到这一点，两个输入可能有不同的沉降时间。这可能导致偏移误差、增益误差和线性误差，这些误差随温度和输入电压而变化。

驱动放大器选择

转换器的模拟输入需要用低噪声的运算放大器驱动，如THS4031或OPA365。建议在输入管脚处安装RC滤波器，以低通滤除源噪声。建议使用两个20Ω的电阻器和一个470 pF的电容器。转换器的输入是0 V至VREF范围内的单极输入电压。驱动运算放大器的最小-3dB带宽可计算为：

当n等于16时，ADC的分辨率（对于ADS8327/28）。当tACQ＝238ns（最小捕获时间）时，驱动放大器的最小带宽为7.9mhz。如果应用程序增加了采集时间，则可以放宽带宽。建议使用德克萨斯仪器公司的OPA365、OPA827或THS4031。源极跟随器配置中用于驱动转换器的THS4031如典型输入驱动配置所示，图52。对于ADS8330，COM输入端应使用0Ω的串联电阻（或根本不使用电阻）。

双极到单极驱动器

在输入为双极性的系统中，THS4031可用于具有附加的对其+输入施加直流偏压，以使对ADS8327/28的输入保持在其额定工作电压范围内。当ADS8327/28用于需要良好信噪比和THD性能的信号处理应用时，也建议使用这种配置。直流偏置可以从REF3225或REF3240参考电压ic导出。图53所示的输入配置能够在10 kHz的输入频率下提供优于91 dB的信噪比和-96 dB的总谐波失真。如果使用带通滤波器对输入进行滤波，则应注意确保带通滤波器输入处的信号摆动较小，以使滤波器引入的失真最小。在这种情况下，可以增加图53所示电路的增益，以保持对ADS8327/28的输入大，以保持系统的信噪比高。注意，在这种配置中，从+input到THS4031的输出的系统增益是AC信号增益的函数。电阻分压器可用于缩放REF3225或REF3240的输出，以将直流输入处的电压降低至THS4031，以将转换器输入处的电压保持在其额定工作范围内。

参考

ADS8327/28可以在0.3V到4.2V的范围内与外部基准一起工作。为确保转换器的良好性能，需要在该引脚上提供干净、低噪声、良好的解耦基准电压。像REF3240这样的低噪声带隙基准可以用来驱动这个引脚。在转换器的REF+和REF-引脚之间需要一个10μF陶瓷去耦电容器。这些电容器应尽可能靠近装置的引脚。REF-应通过尽可能短的距离连接到模拟接地平面。

变频器运行

ADS8327/28有一个振荡器，用作控制转换率的内部时钟。这个时钟的频率最小为10.5兆赫。除非设备处于深度断电状态，或设备被编程为使用SCLK作为转换时钟（CCLK），否则振荡器始终打开。最小采集（采样）时间需要3个CCLKs（在12.6mhz时相当于238ns），转换时间需要18个转换时钟（CCLK）（约1500 ns）来完成一次转换。

如果需要的话，还可以根据外部串行时钟SCLK编程运行转换。这允许系统设计器实现系统同步。串行时钟SCLK在用作转换时钟（CCLK）之前，首先被降低到其频率的1/2。例如，对于21mhz的SCLK，它提供10.5mhz的时钟用于转换。如果当外部SCLK被编程为转换时钟（CCLK）的源时，需要在SCLK的特定上升沿开始转换（并且选择了手动开始转换），则应观察CONVST和该上升SCLK沿之间的设置时间。这可确保在18个CCLK（或36个SCLK）中完成转换。最小设置时间为20 ns，以确保CONVST和SCLK之间的同步。在许多情况下，转换可以在一个SCLK周期（或CCLK）后开始，从而导致19 CCLK（或37 SCLK）转换。一旦同步放松，就不需要20 ns的设置时间。

SCLK的占空比只要满足8ns的最小高低时间要求，就不是关键。由于ADS8327/28是为高速应用而设计的，必须提供更高的串行时钟（SCLK）才能通过串行接口维持高吞吐量，因此SCLK的时钟周期必须不超过1毫秒（用作转换时钟（CCLK））。最小时钟频率也由ADS8327/28内部的电容数字模拟（CDAC）电容器的寄生泄漏控制。

手动频道选择模式

转换周期开始于通过向命令寄存器（CMR）写入通道号来选择采集通道。这个周期时间可以短到4个串行时钟（SCLK）。

自动频道选择模式

如果启用自动频道选择模式，也可以自动完成频道选择。这是默认的频道选择模式。双通道转换器ADS8328有一个内置的2对1多路复用器。如果设备编程为自动通道选择模式，则以固定顺序采集来自通道0和通道1的信号。在下一个循环中，在配置了CFR_D11至1用于自动通道选择模式的命令循环之后，首先访问通道0。此自动访问在将CFR_D11设置为的命令循环之后停止循环“0”。

开始转换

采集结束或采样实例（EOS）与转换开始时相同。这是通过将CONVST引脚调低至少40 ns来启动的。在满足最低要求后，可将CONVST销调高。CONVST独立于FS/CS，因此可以在需要多个转换器同时采样/保持的应用中使用一个公共CONVST。ADS8327/28在CONVST信号的下降沿上从采样模式切换到保持模式。ADS8327/28需要18个转换时钟（CCLK）边缘才能完成转换。转换时间相当于1500ns，内部时钟为12mhz。两个连续CONVST信号之间的最小时间为21 CCLKs。

如果是这样编程的（CFR_D9=0），也可以在不使用CONVST的情况下启动转换。当转换器被配置为自动触发时，下一个转换在转换结束后自动启动三个转换时钟（CCLK）。这三个转换时钟（CCLK）用作采集时间。在这种情况下，完成一个采集和转换周期的时间是21 CCLKs。

（1）、自动通道选择应与自动触发器一起使用，也应与标签位一起启用。

状态输出EOC/INT

当状态管脚编程为EOC且极性设置为激活低时，管脚按以下方式工作：当编程为手动触发器时，CONVST变低后，EOC输出立即变低。在整个转换过程中，EOC保持在低位，转换结束时返回高位。如果对自动触发进行编程，则在EOC的前一上升沿之后，三个转换时钟（CCLK）的EOC输出变低。

此状态引脚可编程。它可以用作EOC输出（CFR.D[7:6]=1，1），其中低时间等于转换时间。这个状态引脚可以用作整数（CFR.D[7:6]=1，1,0），在转换结束时设置为低，在下一个读取周期时设置为高（清除）。此引脚的极性，用作任一功能（EOC或INT），可通过CFR_D7编程。

断电模式

ADS8327/28具有全面的内置断电功能。有三种关机模式：深度关机模式、Nap关机模式和自动Nap关机模式。通过设置相关的CFR位，可启用所有三种断电模式。前两种断电模式在启用时激活。唤醒命令1011b可以从断电模式恢复设备操作。自动关机模式的工作原理略有不同。当转换器在自动nap关机模式下启用时，转换结束实例（EOC）会将设备置于自动nap关机状态。采样开始将恢复转换器的操作。配置寄存器的内容不受任何断电模式的影响。当启动nap或深度断电时，任何正在进行的转换都将中止。

深功率下降模式

通过写入配置寄存器位CFR_D2，可以激活深度断电模式。当设备处于深度断电模式时，除接口外的所有块都处于断电状态。外部SCLK被阻塞到模拟块。模拟块不再有偏置电流，内部振荡器关闭。在此模式下，电源电流在100 ns内从5毫安降至6毫安。断电后的唤醒时间为1毫秒。当配置寄存器中的位D2设置为0时，设备处于深度断电状态。将此位设置为“1”或发送唤醒命令可以使转换器从深度断电状态恢复。

Nap模式

在nap模式下，ADS8327/28关闭比较器和中压缓冲器的偏置。在此模式下，电源电流在正常模式下从5毫安下降到配置周期后200 ns内的约0.3毫安。从nap关机模式唤醒（恢复）时间为3 CCLKs（238 ns，12.6兆赫转换时钟）。一旦控制寄存器中的CFR_D3位设置为“0”，无论转换状态如何，设备都将进入nap关机模式。将此位设置为“1”或发送唤醒命令可以使转换器从nap关机状态恢复。

自动捕捉模式

自动捕捉模式与捕捉模式几乎相同。唯一的区别是设备实际断电的时间和唤醒设备的方法。配置寄存器位D4仅用于启用/禁用自动nap模式。如果启用了自动捕捉模式，则设备在转换完成后关闭偏置，这意味着转换结束将激活自动捕捉关机模式。在正常模式下，电源电流从5毫安下降到200毫安左右。CONVST恢复设备并在3个CCLKs（238ns，12.6mhz转换时钟）中再次打开偏压。当配置寄存器的D4位设置为“1”时，也可以通过禁用自动nap模式唤醒设备。任何通道选择命令0XXXb、唤醒命令或设置默认模式命令1111b也可以从自动关闭nap电源唤醒设备。

注意

1、此唤醒命令是命令字中的字1011b。此命令将配置寄存器中的位D2和D3设置为1，而不是D4。但是，唤醒命令确实会将设备从这些关机状态中的任何一个状态（deep/nap/auto nap power down）中删除。

2、唤醒时间定义为主机处理器尝试唤醒转换器与转换启动之间的时间。

总采集+转换周期时间：

自动：= 21 CCLKs

手动：≥ 21 CCLKs

手动+深度断电：≥ 4SCLK + 100 ms + 3 CCLK + 18 CCLK +16 SCLK + 1 ms

手动+关闭nap电源：≥ 4 SCLK + 3 CCLK + 3 CCLK + 18 CCLK +16 SCLK

手动+自动关闭nap电源：≥ 4 SCLK + 3 CCLK + 3 CCLK + 18 CCLK +16 SCLK （使用唤醒恢复）

手动+自动nap≥1 CCLK + 3 CCLK + 3 CCLK + 18 CCLK +16 SCLK （使用CONVST恢复）

断电：

数字接口

串行时钟设计用于容纳SCLK频率高达50MHz的最新高速处理器。每个循环都是从FS/CS的下降沿开始的。EOC输出寄存器可用的内部数据寄存器内容显示在FS/CS下降沿的SDO输出管脚上。这是MSB。输出数据在具有td（SCLKF–delay）的SCLK的下降沿有效，以便主机处理器可以在下降沿读取它。串行数据输入也用SCLK的下降沿读取。斯多瓦利德）完整的串行I/O循环从FS/CS下降沿之后的SCLK第一个下降沿开始并结束16（见注）SCLK下降边缘。串行接口非常灵活。它与CPOL=0、CPHA=1或CPOL=1、CPHA=0一起工作。这意味着当SCLK较高时，FS/CS的下降沿可能下降。同样的松弛也适用于FS/CS的上升沿，其中SCLK可能高或低，只要最后一个SCLK下降沿发生在FS/CS的上升沿之前。

注意

在某些情况下，一个周期是4个SCLK或最多24个SCLK，具体取决于读取模式组合。

内部寄存器

内部寄存器由两部分组成，4位用于命令寄存器（CMR），12位用于配置数据寄存器（CFR）。

写入转换器

有两种不同类型的寄存器写入，一种是对CMR的4位写入，另一种是对CMR加CFR的16位完全写入。命令集列在表4中。一个简单的命令只需要4个SCLK，写入在SCLK的第4个下降沿生效。16位写入或读取至少需要16个SCLK（需要16个以上SCLK的异常请参见表7）。

配置转换器和默认模式

转换器可以使用命令1110b（写入CFR）或命令1111b（默认模式）进行配置。对CFR的写入需要4位命令，然后是12位数据。4位命令在SCLK的第四个下降沿生效。CFR写入在SCLK的第16个下降沿生效。

默认模式命令可以通过简单地将SDI绑定到+VBD来实现。一旦芯片被选中，SCLK至少会记录4个1s。CFR的默认值在SCLK的第四个下降沿加载到CFR中。

CFR默认值均为1s（除了CFR_D1，此位被ADS8327忽略，并且始终读取为0）。相同的默认值适用于通电复位（POR）和开关复位后的CFR。

读取配置寄存器

主机处理器可以通过发出命令1100b来读取在CFR中编程的值。该定时与读取转换结果类似，只是CONVST未使用，并且EOC/INT管脚上没有活动。读取的CFR值包含转换数据的前四个MSBs加上有效的12位CFR内容。

读取转换结果

转换结果可用于EOC处输出数据寄存器（ODR）的输入，并在CS或FS的下一个下降沿处呈现给输出寄存器的输出。然后，主机处理器可以随时通过SDO引脚将数据移出，除了在安静区域。这是取样结束（EOS）前20 ns和后20 ns。采样结束（EOS）定义为使用手动触发器时CONVST的下降沿，如果使用自动触发器，则定义为EOC之后的第三转换时钟（CCLK）的结束。

FS/CS的下降沿不应放置在转换结束时的精确时刻（至少一个转换时钟（CCLK）延迟）（默认情况下，当EOC变高时），否则数据损坏。如果FS/CS放在转换结束之前，则读取先前的转换结果。如果在转换结束后放置FS/CS，则读取当前转换结果。

转换结果是16位数据，采用直接二进制格式，如表5所示。通常需要16个SCLK，但需要16个以上SCLK的情况除外（见表7）。串行输出（SDO）的数据输出首先是左调整的MSB。尾随位先用标记位（如果启用）加上所有零填充。在FS/CS再次升高之前，SDO保持低位。

当FS/CS较低时，SDO处于活动状态。FS/CS 3的上升沿表示SDO输出。

注意

当SDO不在3状态时（当FS/CS低且SCLK正在运行时），转换结果的一部分在SDO管脚处输出。位数取决于提供了多少SCLK。例如，手动选择通道命令周期需要4个SCLK，因此SDO输出4个转换结果的MSBs。例外情况是SDO在任何复位（POR或软件复位）后立即输出循环中的所有1s。

如果使用SCLK作为转换时钟（CCLK），并且使用连续SCLK，则在采样时间（6 SCLK）期间，由于静默区要求，不可能将所有16个SDO位都打卡。在这种情况下，最好在转换期间读取转换结果（36个SCLK或48个SCLK处于自动休眠模式）。

ADS8328包括一个特性TAG，它可以用作一个TAG来指示哪个信道是转换结果的来源。在从SDO读取LSB之后添加一个地址位，指示如果启用了标记模式，结果来自哪个通道。通道0的地址位为0，通道1的地址位为1。转换器需要的sclk超过4位命令所需的16个，加上12位CFR或16个数据位（因为附加了标记位）。

链式

ADS8327/28可以作为单个转换器或在具有多个转换器的系统中工作。当使用多个转换器时，系统设计者可以利用简单的高速SPI兼容串行接口，将它们串联在一个链中。CFR中的一个位用于将EOC/INT状态pin重新配置为次级串行数据输入，即链数据输入（CDI），用于上游转换器的转换结果。这是链式操作。三个转换器的典型连接如图59所示。

在链式模式下使用多个转换器时，第一个转换器配置为常规模式，而下游的其余转换器配置为链式模式。当转换器被配置为链式模式时，CDI输入数据直接进入输出寄存器，因此串行输入数据通过转换器时具有16 SCLK（如果标签功能被禁用）或24 SCLK延迟，只要CS处于活动状态。具体时间见图60。在此定时中，每个转换器中的转换是同时进行的。

当转换器在链式模式下工作时，必须小心处理多个CS信号。在整个数据传输过程中，不同的芯片选择信号必须为低信号（在本例中，三个转换器为48位）。下降芯片选择后的第一个16位字始终是来自接收芯片选择信号的芯片的数据。

情况1：如果没有切换芯片选择（CS保持低），则接下来的16位是来自上游转换器的数据，以此类推。如图60所示。如果链中没有上游转换器，如示例中的转换器1，则来自转换器的相同数据将重复显示。

情况2：如图61所示，如果在链模式数据传输周期中切换芯片选择，则在所有三个离散16位周期中，重复读取来自转换器的相同数据。这不是一个理想的结果。

图62显示了一个稍微不同的场景，其中CONVST不被第二个转换器共享。转换器1和转换器3具有相同的CONVST信号。在这种情况下，converter#2仅向下游传递先前的转换数据。

串行读取周期所需的SCLK数量取决于不同读取模式、标记位、链模式和信道选择方式（即自动信道选择）的组合。这在表7中列出。

通过在链模式中配置的转换器，转换器之间的SCLK偏移和数据路径延迟会影响SCLK的最大频率。延迟也会受到电源电压和负载的影响。当设备配置为链模式时，可能需要降低SCLK的速度。

重置

该转换器有两种复位机制，一种是上电复位（POR），另一种是使用CFR D0的软件复位。这两种机制在内部并不成立。当发出复位（软件或POR）时，所有寄存器数据被设置为默认值（所有1s），SDO输出（在复位后的周期内）被设置为所有1s。状态机被重置为通电状态。

当设备通电时，当AVDD达到1.5v时，POR将设备设置为默认模式。当设备断电时，POR电路要求AVDD保持在125mv以下至少350ms的持续时间，以确保内部电容器的正确放电，并在再次通电时纠正设备的行为。如果AVDD降至400 mV以下，但仍高于125 mV，则内部POR电容器不会完全放电，设备需要软件重置，以便在AVDD恢复后正确执行（如图65中未定义的区域所示）。

典型连接

零件变更通知#20071101000

ADS8327和ADS8328器件在德州仪器部分更换下经历了硅的更换通知（PCN）编号20071101000。有关此部件更改的详细信息，可以从德州仪器的产品信息中心获得，也可以联系您当地的销售/分销办事处。本PCN涵盖日期代码为82xx及以上的设备。