功耗僅為15.5mW的16位1MSPS模數轉換器

今年年初 TI 推出的兩款模數轉換器 (ADC) ADS8329 和 ADS8330 向世人展現了一個(gè)低功耗、高速和高性能的獨特組合。該組合使其成為諸多應用的理想選擇，例如：通信、醫療儀器、自動(dòng)測試設備、數據采集系統或工業(yè)過(guò)程控制等。本文中，TI 的 ADC 馬達控制設計經(jīng)理 Frank Ohnhaeuser 就上述兩款轉換器的有關(guān)性能進(jìn)行了概述，并對有助于實(shí)現這些性能的關(guān)鍵要素作了闡述。

ADS8329 和 ADS8330 屬于同一個(gè)器件系列，他們是 500kSPS ADS8327 和 ADS8328 的升級延伸。所有產(chǎn)品均為引腳兼容，并提供了一個(gè)基于逐次逼近架構 (SAR) 的 ADC。ADS8327 和 ADS8329 均為單通道器件，而 ADS8328 和 ADS8330 為雙通道器件。一個(gè)內部時(shí)鐘用于對轉換計時(shí)，但是也可以對該轉換器進(jìn)行編程，以利用串行接口的外部時(shí)鐘。編程和數據傳送均通過(guò)一個(gè)高速串行接口來(lái)完成。

圖 1 ADS8329/30 結構圖

如果轉換正在使用內部時(shí)鐘，那么外部時(shí)鐘就應該被關(guān)閉。非同步時(shí)鐘信號通常會(huì )引起基板失真，從而得到兩種選項。如果 ADC 以?xún)炔繒r(shí)鐘運行，那么就應該在轉換之后讀取數據，并且在數據傳送完成以前，不應觸發(fā)新的轉換。如果該部件通過(guò)外部時(shí)鐘運行，那么就可以在下一轉換期間讀取數據。外部時(shí)鐘以?xún)杀兜霓D換速度運行，以確保數據傳送在運行轉換復寫(xiě) (overwrite) 輸出數據以前完成。

通過(guò)串行接口編程可實(shí)現多種額外的功能。一種是雙通道產(chǎn)品的通道選擇。這樣，就可擁有一個(gè)自動(dòng)觸發(fā)器，其在前一個(gè)轉換完成以后自動(dòng)將轉換起始信號 (CONVST) 初始化為 4 個(gè)轉換時(shí)鐘周期。利用鏈模式，數個(gè)同步采樣 ADC 的數據可以通過(guò)一個(gè)串行接口讀取。您可以在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中查看到其他的特性。

該轉換器系列專(zhuān)門(mén)優(yōu)化用以實(shí)現低功耗，以便具有多種功耗降低特性。在慢內部信號保持上電而快速 (300ns) 恢復模塊被關(guān)閉的情況下，得以實(shí)施一個(gè) NAP 模式。我們可以將 2.7V 電源電壓的電流消耗從 5mA 降低至 0.25mA，將 5V 電源電壓的電流消耗從 7mA 降低至 0.3mA?？梢酝ㄟ^(guò)串行接口或觸發(fā) CONVST 信號來(lái)喚醒 ADC。在正常運行狀態(tài)下，CONVST 信號將會(huì )立即凍結輸入電壓，并開(kāi)始轉換。在 NAP 模式下，ADC 首先醒來(lái)，同時(shí)數據在 6 個(gè)時(shí)鐘周期以后自動(dòng)被凍結。

為了最小化開(kāi)銷(xiāo)，可將轉換器置于一種 AUTONAP 模式。在該模式下，一旦轉換完成，轉換器就會(huì )自動(dòng)地降低其電流消耗。因此，CONVST 信號可以被用于喚醒 ADC，并開(kāi)始轉換。在轉換完成以后，ADC 將再次降低其功耗。

如果 ADC 長(cháng)期保持非使用狀態(tài)，那么深度睡眠 (PD) 功能應該被用于充分降低 ADC 功耗。剩余的漏電流通常為 4nA。圖 2 和圖 3 顯示了 NAP 和 PD 運行中電流消耗與采樣速率的關(guān)系。由于存在更長(cháng)的喚醒時(shí)間，因此，深度睡眠運行模式應該只在低采樣速率條件下才使用。對于 100kSPS 以上的采樣速率而言，NAP 功能更為有效。

圖 2 在 NAP 模式下，電流消耗與采樣速率的關(guān)系

圖 3 在 PD 模式下，電流消耗與采樣速率的關(guān)系

就節能而言，我們建議關(guān)閉 ADC 的外部時(shí)鐘。否則，電流消耗可能會(huì )保持在 1mA 以上。ADS8329/30 不同于一些有競爭力的產(chǎn)品，因為其可以被用于較寬的電源電壓范圍。在 2.7V 到 5V 的范圍內可以選擇模擬電源電壓，而數字接口則可以始終在低至 1.65V 的電壓下工作。

ADS8329/30 的設計不僅是為了實(shí)現低功耗，還為了實(shí)現高性能。一個(gè)內部動(dòng)態(tài)誤差允許對較小調整進(jìn)行校正，以及轉換期間的散熱效果，同時(shí)在轉換結束時(shí)對其進(jìn)行校正。該功能以及封裝內的微調功能使差分線(xiàn)性度保持在 ±0.5LSB 的范圍內。緊密的差分線(xiàn)性度還有助于達到一個(gè)較好的積分線(xiàn)性。圖 4和圖 5 顯示了這種典型的線(xiàn)性度。

圖 4 LSB 中差分非線(xiàn)性與 1MSPS 輸出代碼的關(guān)系