AD976模数转换器(中文)

1、AD976 16-Bit BicMOS 模/数转换器特性： 快速16-Bit ADC 转换速率：200kSPS-AD976A, 100kSPS-AD976, +5V单电源工作 输入范围：±10V 低功耗：100mW 可采用外部或内部2.5V基准 高速并行接口 片上时钟图1 芯片功能框图 28线 DIP, SSOP or SOIC封装绝对极限参数1模拟输入Vin：±25VCAP:+ VANA+0.3V to AGND2 -0.3V接地电压误差DGND,AGND1,AGND2 ±0.3V电源电压+ VANA :7VVDIG to VANA ±7VVDIG :

2、7V数字输入: -0.3V to VDIG+0.3V芯片功耗：PDIP(N),SOIC(R),SSOP(RS) 700mW结温：+150存储温度：（N,R,RS）-65- +150引线温度范围：（焊接10秒）+300图2 DIP,SOIC和SSOP封装引脚配置 AD976/AD976A 管脚功能描述引脚编号助记符描述1VIN模拟输入。在VIN和模拟信号源之间连接电阻200，满量程电压：±10 V2AGND1模拟地。用作基准源REF引脚接地参考点。3REF基准源输入/输出。该引脚内部+2.5V基准是有效的。也可选择外部基准源，当选择外部基准时就会覆盖内部基准。不管那种情况，都需要在RE

3、F和AGND1之间连接2.2UF的坦电容。4CAP基准源缓冲输出。在CAP和AGND2N之间需要连接2.2UF的坦电容。5AGND2模拟地。6D15 (MSB)数据 Bit 15。A/D转换结果的最高位表征。当为高或R/ 为低时，呈现高阻状态。7-13D14-D8数据 Bit 14-8。当为高或R/ 为低时，呈现高阻状态。14DGND数字地。15-21D7-D1数据 Bit 7-1。当为高或R/ 为低时，呈现高阻状态。22D0(LSB)数据 Bit 0。A/D转换结果的最低位表征。当为高或R/ 为低时，呈现高阻状态。23BYTE字节选择。当BYTE为低，数据输出引脚6（D15）是MSB,引脚2

4、2（D0）为LSB。当BYTE为高，高8为和低8为将被切换，D15-D8输出到引脚15-22和D7-D0输出到引脚6-13。24R/ 读数/转换输入。当为低，R/ 下降沿开始采样转换；上升沿数据输出。25芯片选择输入。内部和R/ 或，当R/ 低，下降沿开始转换。当R/高，下降沿将输出数据。当为高时，数据输出位为高阻状态。26忙输出。该引脚在转换开始和转换期间输出一直为低，直到转换完成和数据锁存到输出寄存器为止。当为低R/高时，上升沿数据有效。上升沿用于锁存输出数据。27VANA模拟供电电源。一般为+5V。28VDIG数字电路供电电源。一般为+5V。技术参数定义积分非线性误差（INL）线性误差是

5、指从“负满量程”到“正满量程”这条直线上每个代码的偏差。在第一码过渡之前的点是负满量程的1/2LSB。正满量程定义一级1/2LSB，它超过最后一个码的过渡。偏差是测量这条真实直线上的每个特定代码来的。微分非线性误差（DNL）在理想的ADC中，每一个LSB码是分开的。微分非线性是这个理想值的最大误差。是保证在没有误码的情况下，通常为分辨率的关系。±满量程误差 末尾码+1转换（从01110到01111）将出现一个低于满量程的1/2LSB的模拟电压（对于±10V范围是9.9995422V）。满量程误差是理想值最后的偏差的实际水平转换。双极性0点误差双极性0点误差是理想的中间量程输

6、入电压（0V）和中间输出码所转换的实际电压之间的差异。输入带宽输入带宽是满量程输入电压下降3dB的区域的输出幅值重建的基本的频率。全功率带宽全功率带宽定义为满量程输入频率信号（噪声+失真）下降60BdB,具有10Bit精度。窗口抖动窗口抖动是对于显示在输入A/D上的噪声成功采样的窗口变化。瞬态响应在输入电压步进到满量程后，AD976/AD976A要达到额定精度要需要一定的时间。过电压恢复在模拟输入信号电压是满量程的150%降低到满量程的50%后，ADC恢复到满精度是需要一定的时间。信号到噪声失真比（S/N+D）S/N+D 是测量ADC输出的信号到噪声失真比的一个指标。基波信号是有效值级。噪声失

7、真是除DC以外的所有非基波信号的谐波半采样的有效值之和。S/N+D取决于量化水平的数量。对于正弦波输入信号的理论S/N+D是可以采用下式计算：S/(N+D) = (6.02N + 1.76) dB。N是Bit的数因此，对于理想的16Bit转换器，S/(N+D) = 98 dB。该芯片采用低噪声、低失真正玄波信号加到Vin引脚，以200kHZ转换速率采样。通过快速的傅立叶转换（FET）产生绘图，就能获得信号到噪声失真比（S/N+D）数据。图10指示输入信号45kHZ采样速率200kHZ典型的2048点数据的FET。这条曲线所获得的S/(N+D)为86.23dB。由于测量S /(N + D)小于理

8、论值，可以获得一定程度的性能表现在有效数字位（ENOB）。ENOB = (S/(N+D) (R)C 1.76) / 6.02对于输入信号45kHz,典型有效数字位（ENOB）是14位。总谐波失真(THD)THD失真率是所有谐波有效值之和到基波有效值的比值。对于AD976/AD976A的THD定义为：V1是基波的有效值幅值，V2V6是二次到6次谐波的有效值幅值。这也是ADC输出频谱获得的FET绘图的THD，指示在图10 为-105.33dB。无杂散动态范围(SPFD)无杂散动态范围的定义是不同的，用dB表示，以ADC输出频谱（除DC以外Fs/2以上）和基波有效值之间的寄生谐波分量的波峰。通常，这

9、个技术参数在频谱中决定最大动态范围。AD976/AD976A的典型SPFD是-100dB， 如图10所示。功能描述AD976 / AD976A是高速，低功耗，16-bit采样模数转换器，采用+5V单电源供电。AD976 / AD976A采用激光修正比例输入电阻提供±10V输入范围的工业标准。具有吞吐速率为200 ksps和并行接口，AD976 / AD976A可以直接连接到微处理器进行数据处理。AD976 / AD976A对模拟输入电压采用连续逼近技术。该器件使用电容阵列充电分布技术，代替传统的激光修正阶梯电阻。把输入采样进行二进制加权电容网络细分后执行真实的模数转换。器件由于温度感

10、应引起电阻值不匹配，采用电容阵列就能消除线性的变化。由于芯片上有电容阵列，对执行采样/保持功能就不需要附加外部电路。制造厂首先消除在电容匹配上的误差。以方波为准采用共同的校准系数计算电容器不匹配和存储在芯片上的薄膜电阻ROM中，转换发生后，芯片从ROM中读取校准系数。然后使用系数来调整和改善转换准确性。任何初始偏移误差的减少也在制造工厂校准。AD976 / AD976A通过添加片上参考源提供了一个完整的16位A/D的解决方案。转换控制AD976 / AD976A用两个信号控制转换:R/和，如图3图4所示。启动转换和启动转换和置入采样/保持电路的状态, R/和的信号必须不少于50 ns。一旦转换

11、过程开始, 忙信号将变低直到转换完成。转换结束后, 忙将返回高,结果得到的有效数据输出到数据总线。在第一次转换AD976 / AD976A 被驱动后,输出将是不确定的数据。AD976 / AD976A展现两种模式的转换。模式1显示在图3中，转换时间控制用R/下降沿信号，至少50 ns宽。在这种模式下总是低，唯一限制的是R/信号所需的采样率信号低电平保持多长时间。少于83 ns启动转换后的忙信号将低，直到转换完成并输出移位寄存器进行了更新新的两个二进制补充数据。图4展示了AD976 / AD976A模式2转换时序，使用来控制转换过程和读取输出数据。在这种模式下，R/信号在的下降沿脉冲(50 ns

12、宽)来之前下降沿不少于10个ns应用于ADC。一旦这两个脉冲应用,忙将变低,并保持低电平,直到转换完成。最多4 uS后(仅AD976A)，忙将再次返回高,并将有效的并行数据在ADC上输出。在达到最大100kHZ/ 200kHZ吞吐率的情况下，R/和的负脉冲控制信号应采用每5 us(AD976A)。也应该指出,尽管所有的R/和命令将忽略曾经开始一次转换，这些输入确定在一次转换，即。,在转换期间可以执行一次读数。这些输入的电压瞬变可能加到模拟电路和影响转换结果。图4使用控制A/D转换和读数时序图3 （保持低）A/D转换后输出使能的转换器时序无论何种方法控制转换器，在为低大约3.7s（仅AD976A

13、）期间，从“n-1”转换输出数据将有效，忙之前50ns（t10）报高的时间中，输出数据从“n”开始转换到转换完成将有效的。然而，建议读取数据要在忙转高后立即进行，因为这个时机更清楚地定义转换数据并提供最佳性能。图5指示了BYTE引脚的功能和显示了只有当R/为高和为低，如何输出有效两个补充二进制数据格式。BYTE引脚使总线上的输出数据，对于读数来说，在引脚6-13和引脚15-22能够读取全并行输出数据或两个8位字节数据。图5 使用和BYTE功能控制数据总线读数时序模拟量输入图6指示了AD976采用内部参考模时拟量输入的选择。模拟量输入范围标称值为双极性-10V 到+10 V。由于AD976 /

14、AD976A可采用内部或外部参考工作，对于满量程模拟输入范围±4VREF表示为最好。标称的输入阻抗是233K /13K和22pF的输入电容。模拟输入部分有±25V过电压保护。由于AD976 / AD976A有两个模拟地要确保模拟输入引用AGND1引脚地，低电流地是重要的。因为与电阻相关地都会存在最小化电压降问题。同样重要的是确保的模拟输入AD976 / AD976A是一个低阻抗源。与它的相关的主要是电阻模拟输入电路，可广泛选择通用运算放大器来驱动ADC。 图7 AD976A±10V输入连接（采用片上参考源）图6 AD976±10V输入连接（采用片上参考源

15、）偏置和增益调整AD976 / AD976AO在制造厂已修整到最小化增益和线性误差。在某些应用中，模拟输入信号需要满足ADC的全部动态范围，增益和偏置误差需要外部调整为零。图8显示了需要对这些偏置和增益误差校正的调整电路。图9显示了AD976 / AD976A的双极性传输特征。需要调整偏置误差必须校正增益误差。校正偏置电阻R3将使输入电压的接地压降达到比地低1/2 LSB这个目标。通过在输入应用一个电压-152.6V和调整电位器，直到1111 1111 1111和0000 0000 0000 0000之间的过渡都携带所该电压，使得内部偏置得到校正为止。调整增益误差,模拟信号输入应第一个代码转换

16、(ADC负满量程)或最后的代码转换(ADC正满量程)进行。对调整满量程误差时，输入模拟电压为9.999542V(FS/2(R)C3/2 LSBs)调整R4使得输出码在0111 1111 1111 1111和0111 1111 1111 1110最后一个正码转换颤动。第一个码也需要调整，调整步骤是输入模拟电压为-9.999847V (R)CFS/2 + 1/2LSB)来调整，使得输出码在1000 0000 0000 0000和1000 0000 0000 0001之间跳变。图8 偏置和增益调整输入连接图图9 AD976/AD976双极性转换特性AD976的外部200和33.2k电阻提供了内部调整

17、偏置和增益并获得允许误差的补偿，而且是采用单电源。这些电阻在某些应用程序中可能并不需要，但应该指出他们将的抵消偏置和增益所带来的误差，是列于电气规范的数据表以外附加的。表一和表二列举了AD976/AD976A双极性0点（偏置）误差和满量程（增益）误差的最坏情况下的数据表。对A / D的所有误差调整要遵守 (即数据表中的负偏移量必须有外部应用正电压来校正)这个方法。一般描述： AD976和AD976A均为高速、低功耗、16位模数转换器(ADC)，采用5 V单电源供电。AD976A的吞吐速率为200 ksps，而AD976的吞吐速率为100 ksps。各器件均内置一个逐次逼近型开关电容ADC、一个

18、2.5 V内部基准电压源和一个高速并行接口。最大功耗均为100 mW。该ADC经过工厂校准，所有线性误差均被降至最小。模拟满量程输入为±10 V的标准工业范围。信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)等交流参数，以及失调、增益和线性度等一般参数均经过全面测试。 AD976和AD976A采用ADI公司专有的BiCMOS工艺制造，兼有高性能双极性器件和CMOS晶体管的优点。 二者均提供超小型28引脚DIP、SSOP和SOIC三种封装。参考电压（基准源）AD976 / AD976A芯片采用由工厂校正到2.5 V ±20 mV温度补偿带隙基准电压。ADC满量程需要± 4VR

19、EF。因此，标称范围将是±10V。图10 AD780外部基准源连接AD976/AD976AAD976在指定的温度范围的精确度是由参考电压的漂移性能所控制。芯片上的参考电压源通过激光修正到典型的漂移值是7ppm/。典型的漂移特性如图13所示，参考电压(mV)与温度变化的曲线是相对的注意在温度为+25时标准化曲线为0误差。如果要改善参考电压源漂移性能，外部要引用如AD780漂移低至3ppm/的参考电压源。为了简化得到电压的驱动要求(内部或外部)，片上提供了参考电压源缓冲器。该缓冲的输出为CAP引脚有效地提供用户使用；但是，当外部加载到参考电压源缓冲时，重要的是要确保适当的预防措施来使AD

20、C的性能影响降到最小化。图14显示了参考缓冲区的负载调节率。注意,曲线数据也归一化，这样零位误差没有直流负载。在线性区域,输出阻抗此时通常是1欧姆。因为这个1欧姆输出阻抗,重要的是要尽量减少任何交流或输入依赖加载，将导致失真。任何直流负载只会作为增益误差。尽管图14显示AD976的典型特性能驱动大于15mA的负载，但不建议使用时稳态电流超过2mA。除了芯片上的参考， 也可以应用外部2.5V参考。16位应用在选择外部参考时，然而，要小心要注意噪音和温度漂移。这些重要的规范对ADC的性能有显著的影响。图10显示了AD976 / AD976A 采用AD780电压参考源应用于REF引脚。AD780是带

21、隙参考源具有超低漂移，低初始误差和低输出噪声。对于低功耗应用，REF192提供低静态电流、高精度和低的温度漂移的解决方案。AC（交流）特性图11 频谱（FFT）分析AD976 / AD976A完全指定的测试和动态性能标准。比如语音识别和频谱分析的信号处理应用所需的交流电参数。这些应用ADC的所需要的信息对输入信号的频谱含量的影响。因此，AD976 / AD976A指定的参数包括:S /(N + D)，THD和虚假的自由动态的范围内。这些术语在跟随章节部分有更详细的讨论。作为一般规则，建议采用多次转换后取平均来减少噪声的影响，改善S /(N + D)和THD等参数。AD976 / AD976A的

22、交流特性可以优化操作ADC的最大100千赫/ 200 khz的采样率和数字滤波结果所需的位流信号带宽.。通过噪声分布更广泛的频率范围，感兴趣的频段噪声密度就减少了。例如，如果需要输入带宽是50 kHz，AD976A可以采用2倍以上的采样率。这将收益有效信噪比（SNR）性能提高3dB的改善。DC（直流）特性制造厂把校准方案用于AD976 / AD976A补偿包括位（BIT）分量误差也存于电容阵列。电容值不匹配的调整(使用校正系数)作了一次转换，使得直流线性性能达到了优秀级。图11、12、15、16、17和18,，分别显示了AD976 / AD976A在+25时，典型的INL,典型的DNL,典型的

23、正极性和负极性INL的分布图。直方图测试是一种统计方法,它可获得A / D 转换器的微分非线性。锯齿波输入采样ADC作大量的转换和存储。从理论上讲，代码都是同样大小和因此出现同等数量。一个代码与出现的平均数量有一个“0”的微分非线性（DNL）。这是不同的代码比平均的DNL是大于或小于零LSB。- 1 LSB 微分非线性DNL表明有缺码在16位量级和ADC只有15位的性能。indicates that there is a missing code present at the 16-bit leveland that the ADC exhibits 15-bit performance.电源

24、和去耦AD976和AD976A有两个电源输入引脚。VANA和VDIG分别提供模拟和数字部分的电源电压。VANA是+5V为芯片上的模拟电路，VDIG也是+5V为芯片上的数字电路。AD976和AD976A设计为独立的供电电源，具有自由的封闭回路。 在高性能线性中，供电电源会导致产生不理想的电路性能。最佳的电源管理选择是小于1%的纹波系数。电源的交流输出阻抗是跟频率有关的复杂函数，随频率增加而增加。在数字电路中通常会碰到高频开关信号，需要快速的瞬态电流而大多数电源不能足够提供响应。这种情况电源会导致产生大的尖刺电压。通常为了补偿电源的有限的交流输出阻抗，电荷“储备”要采用旁路电容。这就有效地降低供电

25、电源阻抗提供给AD976和AD976A的VANA和VDIG引脚来降低量级的尖刺电压。旁路电容典型值一般为0.1uF，布局应靠近该芯片上的电源引脚，以达到VANA和VDIG引脚和电容之间的最小化感应电势。 AD976和AD976A可采用单+5V电源工作。当使用单电源时，然而有益于采用10uF的大电容，布局在逻辑电源（VDIG）和数字公共端（DGND）和模拟电源（VANA）和模拟公共端（AGND2）之间。此外，10uF的电容应位于ADC附近进一步减少低频纹波。在系统中，这里将遭受严酷的环境噪声耦合，附加退耦电路非常必要。接地AD976/AD976A有三个接地引脚；AGND1、AGND2和DGND。模拟地引脚是“高质量”接地参考点应连接系统模拟地。AGND2接地是ADC芯片内部模拟信号参考。这个接地对电流感应电压降是非常敏感，必须保证是最小的电阻连接到电源地。ADGND1是