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内置温度传感器的8通道、
I2C、12位SAR型ADC
AD7291
功能框图
特性
GND
VREF
REF
BUF
12-BIT
SUCCESSIVE
APPROXIMATION
ADC
VIN0
T/H
INPUT
MUX
VIN7
AD7291
SEQUENCER
CONTROL LOGIC
I2C INTERFACE
TEMP
SENSOR
SCL
SDA
AS1
AS0
VDRIVE
ALERT
PD/RST
08711-001
12位SAR ADC
8个单端模拟输入通道
模拟输入范围：0 V至2.5 V
12位温度-数字转换器
温度传感器精度：±1°C(典型值)
通道序列器工作模式
额定电压(VDD)：2.8 V至3.6 V
逻辑电压：VDRIVE = 1.65 V至3.6 V
2.5 V内部基准电压源
I2C兼容串行接口，支持标准和快速模式
超量程指示/报警功能
自动循环模式
省电模式电流：12 μA(最大值)
温度范围：−40°C至+125°C
20引脚LFCSP封装
VDD
图1
概述
AD7291是一款12位、低功耗、8通道、逐次逼近型ADC，
片内限值寄存器可通过编程设置转换结果上下限；当转换
内置温度传感器。
结果超过设置的上下限时，超量程指示输出(ALERT)就会
它采用3.3 V单电源供电，配有I2C兼容接口。该器件内置一
激活。此输出可用作中断。
个9通道多路复用器和一个采样保持放大器，可处理最高
产品聚焦
达30 MHz的输入频率。它具有2.5 V的片内基准电压源，可
1. 非常适合监控电信、过程控制和工业控制等各种应用
以将其禁用以便使用外部基准电压源。
AD7291提供与I2C接口兼容的双线式串行接口。该I2C接口
支持标准和快速I2C接口模式。AD7291在不转换时通常保
持部分省电状态，仅在执行转换操作时上电。转换过程可
受命令模式或自动循环模式控制，在命令模式中，每次I2C
写操作都会启动一次转换，自动循环模式则通过软件控制
系统中的变量。
2. I2C兼容型串行接口，支持标准和快速模式。
3. 不转换时自动进入部分省电模式，实现最高功效。
4. 通道序列器工作模式。
5. 集成0.25°C分辨率的温度传感器。
6. 可通过软件使能或禁用超量程指示。
来选择。
表1. AD7291和相关产品
AD7291内置一个高精度带隙温度传感器，12位ADC对其
器件
分辨率
进行监控和数字化，以提供0.25°C的分辨率。
AD7291
12-位
接口
I2 C
AD7291提供一个可编程序列器，可以选择用于转换的预编
AD7298
12-位
SPI
程通道序列。
特性
内置温度传感器的8通道、
I2C、12位SAR型ADC
内置温度传感器的8通道、
1 MSPS、12位SAR型ADC
Rev. B
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的最新英文版数据手册。
AD7291
目录
特性.....................................................................................................1
地址指针寄存器........................................................................15
功能框图 ............................................................................................1
命令寄存器(0x00).....................................................................17
概述.....................................................................................................1
电压转换结果寄存器(0x01) ...................................................18
产品聚焦 ............................................................................................1
TSENSE转换结果寄存器(0x02) ..................................................18
修订历史 ............................................................................................2
TSENSE均值结果寄存器(0x03) ..................................................19
技术规格 ............................................................................................3
限值寄存器(0x04至0x1E)........................................................19
I2C时序规格 .................................................................................5
迟滞寄存器 ................................................................................20
绝对最大额定值...............................................................................6
报警状态寄存器A和报警状态寄存器B(0x1F和0x20) ......20
热阻 ...............................................................................................6
I C接口 .............................................................................................21
2
ESD警告........................................................................................6
串行总线地址字节 ...................................................................21
引脚配置和功能描述 ......................................................................7
通用I2C时序 ...............................................................................21
典型工作特性 ...................................................................................8
写入AD7291 ....................................................................................22
术语...................................................................................................11
将双字节数据写入16位寄存器 .............................................22
电路信息 ..........................................................................................12
写入多个寄存器........................................................................22
转换器操作 ................................................................................12
从AD7291读取数据.......................................................................23
模拟输入.....................................................................................12
从16位寄存器读取双字节数据 .............................................23
ADC传递函数............................................................................13
工作模式 ..........................................................................................24
温度传感器工作原理...............................................................13
命令模式.....................................................................................24
温度传感器均值........................................................................13
自动循环模式 ............................................................................26
VDRIVE............................................................................................14
外形尺寸 ..........................................................................................27
内部或外部基准电压...............................................................14
订购指南.....................................................................................27
复位 .............................................................................................14
内部寄存器结构.............................................................................15
修订历史
2011年10月—修订版A至修订版B
更改表9 ........................................................................................... 16
2011年8月—修订版0至修订版A
更改表2的温度传感器—内部精度参数......................................3
2011年1月—修订版0：初始版
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AD7291
技术规格
除非另有说明，VDD = 2.8 V至3.6 V；VDRIVE = 1.65 V至3.6 V；fSCL = 400 kHz；快速SCLK模式；VREF = 2.5 V内部/外部；TA = −40°C
至+125°C。
表2
参数
动态性能
信噪比(SNR)2
信纳比(SINAD)2
总谐波失真(THD)2
无杂散动态范围(SFDR)
交调失真(IMD)
二阶项
三阶项
通道间隔离
全功率带宽3
直流精度
分辨率
积分非线性(INL)2
微分非线性(DNL)2
失调误差2
失调误差匹配2
失调温度漂移
增益误差2
增益误差匹配2
增益温度漂移
模拟输入
输入电压范围
直流漏电流
输入电容3
基准电压输入/输出
基准输出电压4
长期稳定性
输出电压迟滞
基准输入电压范围5
直流漏电流
VREF输出阻抗
基准源温度系数
VREF噪声3
逻辑输入(SDA、SCL)
输入高电压VINH
输入低电压VINL
输入电流IIN
输入电容CIN3
输入迟滞VHYST
最小值
典型值 最大值
单位1
70
70
71
71
−84
−85
dB
dB
dB
dB
−78
−80
测试条件/注释
fIN = 1 kHz正弦波
fA = 5.4 kHz, fB = 4.6 kHz
−88
−88
−100
30
10
dB
dB
dB
MHz
MHz
12
±0.5
±0.5
±2
±2.5
4
±1
±1
0.5
0
±0.01
34
8
2.4925
2.5
150
50
1
±0.01
1
12
60
±1
±0.99
±4.5
±4.5
±4
±2.5
VREF
±1
2.5075
2.5
±1
35
0.7 × VDRIVE
±0.01
6
0.3 × VDRIVE
±1
0.1 × VDRIVE
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Bits
LSB
LSB
LSB
LSB
ppm/°C
LSB
LSB
ppm/°C
V
µA
pF
pF
V
ppm
ppm
V
µA
Ω
ppm/°C
µV rms
V
V
µA
pF
V
fIN = 10 kHz
3 dB时
0.1 dB时
保证12位无失码
采样时
保持时
±0.3%（最大值，25°C时）
1000小时
施加于引脚VREF的外部基准电压
带宽 = 10 MHz
VIN = 0 V 或 VDRIVE
AD7291
参数
逻辑输出
输出高电压VOH
最小值
典型值 最大值
VDRIVE − 0.3
VDRIVE − 0.2
输出低电压VOL
±0.01
8
悬空态漏电流
悬空态输出电容3
温度传感器—内部
工作范围
精度
−40
分辨率
电源要求
VDD
VDRIVE
ITOTAL7, 8
正常模式(工作状态)
正常模式(静态)
完全关断模式
功耗8
正常模式(工作状态)
正常模式(静态)
完全关断模式
测试条件/注释
V
V
V
V
µA
pF
VDRIVE < 1.8
VDRIVE ≥ 1.8
ISINK = 3 mA
ISINK = 6 mA
+125
±2
±3
°C
°C
°C
°C
TA = −40°C至+85°C
TA = 85°C至125°C
LSB大小
22.22
kSPS
fSCL = 400 kHz
3
3
3.6
3.6
V
V
2.9
2.9
0.3
1.6
4.9
3.5
3.3
1.6
4.5
12
mA
mA
8.7
10.4
10.4
1.1
5.8
17.6
10.5
12.6
11.9
5.8
16.2
43.2
mW
mW
mW
µW
µW
µW
±1
±1
0.25
转换速率
转换时间
自动循环更新速率6
吞吐速率
0.4
0.6
±1
单位1
3.2
50
2.8
1.65
TA = −40°C 至 +25°C
TA = >25°C 至 85°C
TA = >85°C 至 125°C
除非另有说明，所有用分贝(dB)表示的规格均参考满量程输入FSR，并用低于满量程0.5 dB的输入信号进行测试。
参见术语部分。
3
样片在初次发布期间均经过测试，以确保符合标准要求。
4
指额定温度为25oC的引脚VREF。
5
使用外部VREF(参见温度传感器均值部分)时，温度传感器结果可能需要校正系数。
6
样片在初次发布期间均经过测试，以确保符合标准要求；样片未经生产测试。
7
ITOTAL是流入VDD和VDRIVE的总电流。
8
除非另有说明，ITOTAL和功耗是VDD = VDRIVE = 3.6 V时的额定值。
1
2
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数字输入 = 0 V或VDRIVE
VDD = 3 V, VDRIVE = 3 V
TA = −40°C 至 +25°C
TA = >25°C 至 85°C
TA = >85°C 至 125°C
AD7291
I2C时序规格
通过初始特性保证。所有数值均在使能输入滤波的情况下测量。CB表示总线的容性负载，tR和tF在0.3 × VDRIVE与0.7 × VDRIVE
范围内测量(参见图2)。除非另有说明，VDD = 2.8 V至3.6 V；VDRIVE = 1.65 V至3.6 V；VREF = 2.5 V内部/外部；TA = −40°C至
+125°C。
表3
参数
fSCL
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
标准模式
快速模式
快速模式
t1
t2
t3
t4 1
t5
t6
t7
t8
t9
t10
t11
t11A
t12
tSP
tPOWER-UP
单位
kHz
kHz
µs
µs
µs
µs
ns
ns
µs
µs
µs
µs
µs
µs
µs
µs
µs
µs
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ms
描述
串行时钟频率
tHIGH，SCL高电平时间
tLOW，SCL低电平时间
tSU;DAT，数据设置时间
tHD;DAT，数据保持时间
tSU;STA，重复起始条件的建立时间
tHD;STA，重复起始条件的保持时间
tBUF，一个停止条件与一个起始条件之间的
总线空闲时间
tSU;STO，停止条件的建立时间
tRDA，SDA信号的上升时间
tFDA，SDA信号的下降时间
tRCL，SCL信号的上升时间
tRCL1，SCL信号在重复后的上升时间
起始条件和应答位后
tFCL，SCL信号的下降时间
抑制尖峰的脉冲宽度
上电和采集时间
器件必须为SDA提供数据保持时间，以便桥接SCL下降沿的未定义区域。
t2
t11
t12
t6
SCL
t6
t4
t1
t3
t5
t8
t9
t10
SDA
P
t7
S
S
S = START CONDITION
P = STOP CONDITION
图2. 双线式串行接口时序图
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P
08711-002
1
TMIN, TMAX 的限值
最小值
典型值 最大值
100
400
4
0.6
4.7
1.3
250
100
0
3.45
0
0.9
4.7
0.6
4
0.6
4.7
1.3
4
0.6
1000
20 + 0.1 CB
300
300
20 + 0.1 CB
300
1000
20 + 0.1 CB
300
1000
20 + 0.1 CB
300
300
20 + 0.1 CB
300
0
50
6
条件
AD7291
绝对最大额定值
表4
注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损
参数
额定值
VDD至GND1，GND
VDRIVE至GND1，GND
模拟输入电压至GND1
数字输入电压至GND1
数字输出电压至GND1
VREF至GND1
GND至GND1
输入电流至除电源外的任何引脚1
工作温度范围
存储温度范围
结温
无铅回流焊温度
−0.3 V至+5 V
−0.3 V至+5 V
−0.3 V至+3 V
−0.3 V至VDRIVE + 0.3 V
−0.3 V至VDRIVE + 0.3 V
−0.3 V至+3 V
−0.3 V至+0.3 V
±10 mA
−40°C至+125°C
−65°C至+150°C
150°C
ESD
1
坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其
它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能
够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器
件的可靠性。
热阻
表5. 热阻
封装类型
20引脚LFCSP
θJA
52
θJC
6.5
单位
°C/W
ESD警告
ESD(静电放电)敏感器件。
260(+0)°C
2 kV
带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。
尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能
量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的
ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。
达100 mA的瞬态电流不会造成闩锁。
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AD7291
16 VDRIVE
17 PD/RST
18 VIN0
20 VIN2
19 VIN1
引脚配置和功能描述
15 SCL
VIN3 1
VIN4 2
14 SDA
AD7291
VIN5 3
13 AS1
TOP VIEW
(Not to Scale)
VIN6 4
12 ALERT
11 AS0
NOTES
1. THE EXPOSED METAL PADDLE ON THE BOTTOM
OF THE LFCSP PACKAGE SHOULD BE SOLDERED
TO PCB GROUND FOR PROPER HEAT DISSIPATION
AND PERFORMANCE.
08711-003
VDD 10
GND 9
DCAP 8
VREF 7
GND1 6
VIN7 5
图3. 引脚配置
表6. 引脚功能描述
引脚编号 引脚名称
1 to 5,
VIN3, VIN4,
18 to 20 VIN5, VIN6,
VIN7, VIN0,
VIN1, VIN2
描述
6
地。AD7291上内部基准电压电路的接地参考点。所有模拟输入信号和外部基准信号都应参考此GND1电压。
GND1
模拟输入。AD7291具有8个单端模拟输入，这些输入以多路复用方式接入片内采样保持放大器。
每个输入通道可接受0 V至2.5 V的模拟输入。
任何未使用的输入通道应连接到GND1，以免噪声影响。
GND1引脚应连接到系统的接地层。所有接地引脚在理想情况下应保持等电位，并且电位差(甚至存在瞬态电压
时)不得超过0.3 V。VREF引脚应通过10 μF去耦电容去耦至该接地引脚。
7
VREF
内部基准电压/外部基准电压源。2.5 V标称内部基准电压出现在此引脚。如果对输出进行缓冲，则片内基准电压
可以从此引脚获得，并外加于系统的其余部分。去耦电容应连接到此引脚，以便对基准电压源缓冲去耦。为获
得最佳性能，推荐在此引脚上使用10 μF去耦电容连接到GND1。需要时可禁用内部基准电压，将外部基准电压
用于此引脚。外部基准电压的输入电压范围为2.0 V至2.5 V。
8
DCAP
去耦电容引脚。去耦电容(建议1 nF)连接到此引脚，以便对内部LDO去耦。
9
GND
地。AD7291上所有模拟和数字电路的接地参考点。GND引脚应连接到系统的接地层。所有接地引脚在理想情况
下应保持等电位，并且电位差(甚至存在瞬态电压时)不得超过0.3 V。DCAP和VDD引脚应去耦至此GND引脚。
10
VDD
电源电压，2.8 V至3.6 V。此电源应使用10 μF和100 nF去耦电容去耦至GND。
11, 13
AS0, AS1
逻辑输入。这两个输入的逻辑状态共同选择AD7291的唯一I2C地址。详情请参见表31。器件地址取决于施加于这
些引脚的电压。
12
ALERT
数字输出。使能时，此引脚用作超量程指示，当转换结果超过DATAHIGH或DATALOW寄存器值时，就会激活。参见
限值寄存器(0x04至0x1E)部分。
14
SDA
数字输入/输出。串行总线双向数据。此开漏输出需要上拉电阻。电压通道的输出为标准二进制编码，温度传感
器结果为二进制补码。
15
SCL
数字输入。串行I2C总线时钟。此输入需要上拉电阻。I2C模式下的数据传输速率与100 kHz和400 kHz工作模式兼
容。
16
VDRIVE
逻辑电源输入。此引脚的电源电压决定接口的工作电压。应将此引脚去耦至GND。此引脚的电压范围为1.65 V至
3.6 V，可以小于VDD电压，但不得超过其0.3 V以上。
17
PD/RST
掉电引脚。此引脚使器件进入完全关断模式，不需要工作时可以降低功耗。它可用于将器件复位，只需将引脚
切换至低电平至少1 ns，最长100 ns。如果超过最大时间，器件将进入关断模式。器件处于完全关断模式时，模
拟输入必须返回0 V。
EPAD
EPAD
裸露焊盘。LFCSP封装底部的裸露金属焊盘应焊接到PCB地，以确保正常工作和散热。
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AD7291
典型工作特性
1.0
0
VDD = VDRIVE = 3V
fS = 22.22ksps
fSCL = 400kHz
fIN = 10kHz
SNR = 71.209
THD = –81.66
–40
0.8
0.6
0.4
INL (LSB)
–60
–80
TA = 25°C
VDRIVE = 3V
VDD = 3V
fS = 22.22ksps
fSCL = 400kHz
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
INL (POSITIVE)
INL (NEGATIVE)
–0.8
0
2k
4k
6k
8k
–1.0
08711-009
–120
10k
FREQUENCY (Hz)
0
0.5
0.6
0.6
0.4
DNL (LSB)
0
–0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4096
ADC CODE
TA = 25°C
VDRIVE = 3V
VDD = 3V
fS = 22.22ksps
fSCL = 400kHz
0.2
–0.4
0
3.0
0.8
0.2
–1.0
2.5
1.0
–1.0
08711-010
INL (LSB)
0.4
2.0
图7. INL与外部VREF 的关系
TA = 25°C
VDRIVE = 3V
VREF = 2.5V
VDD = 3V
fS = 22.22ksps
fSCL = 400kHz
0.8
1.5
VREF (V)
图4. 典型FFT
1.0
1.0
08711-012
–100
DNL (POSITIVE)
DNL (NEGATIVE)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
VREF (V)
图5. 典型ADC INL
08711-013
AMPLITUDE (dB)
–20
图8. DNL与外部VREF 的关系
1.0
11.7
0.8
0.2
0
–0.2
TA = 25°C
VDRIVE = 3V
VREF = 2.5V
VDD = 3V
fS = 22.22ksps
fSCL = 400kHz
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
ADC CODE
3500
4096
08711-011
DNL (LSB)
0.4
图6. 典型ADC DNL
11.6
11.5
11.4
11.3
11.2
0
0.5
1.0
1.5
2.0
EXTERNAL REFERENCE (V)
图9. 有效位数与VREF , fSCL = 400 kHz的关系
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2.5
08711-035
EFFECTIVE NUMBER OF BITS
0.6
AD7291
125
CHANNEL-TO-CHANNEL ISOLATION (dB)
VDD = VDRIVE = 3V
2.5
VREF (V)
2.0
1.5
1.0
0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
CURRENT LOAD (mA)
115
110
105
100
95
90
85
80
75
08711-021
0
VDD = VDRIVE = 3V
fSCL = 400kHz
120
1
10
图10. VREF 与基准输出驱动的关系
1k
图13. 通道间隔离，fIN = 10 kHz
55
72
VDRIVE = 3V
VDD = 3V
50
45
71
SINAD (dB)
TEMPERATURE READING (°C)
100
fNOISE (kHz)
08711-018
3.0
40
35
70
30
20
40
60
80
100
TIME (Seconds)
–92
1.0
1.5
2.0
2.5
1.5
1.0
TEMPERATURE ERROR (°C)
–96
–98
–100
–102
–104
–106
0.5
0
–0.5
–1.0
–1.5
–108
10k
100k
1M
RIPPLE FREQUENCY (Hz)
10M
100M
08711-061
PSRR (dB)
0.5
EXTERNAL REFERENCE (V)
VDD = 3V
VDRIVE = 3V
–94
–110
1k
0
图14. SINAD与基准电压的关系，fSCL = 400 kHz，fS = 22.22 kSPS
图11. 对热冲击的响应(从室温到50°C搅拌油温)
–90
69
图12. 电源抑制比(PSRR)与电源纹波频率的关系，无电源去耦
Rev. B | Page 9 of 28
–2.0
–40
–25
–10
5
20
35
50
65
80
TEMPERATURE (°C)
图15. 3 V时的温度精度
95
110 125
08711-017
0
08711-014
20
08711-036
25
AD7291
2.5
9.0
VDRIVE = 3V
VDRIVE = 3V
VDD = 3V
8.9
2.0
TOTAL CURRENT (µA)
8.8
8.6
8.5
8.4
8.3
8.2
–40°C
+25°C
+85°C
+125°C
1.5
1.0
0.5
8.0
0
60
120
180
240
300
SCL FREQUENCY (kHz)
360
420
0
2.7
2.8
2.9
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
VDD
图16. 正常模式中功耗与吞吐速率的关系
图17. 各种温度时完全关断电流与电源电压的关系
Rev. B | Page 10 of 28
3.6
08711-037
8.1
08711-062
POWER (mW)
8.7
AD7291
术语
信纳比(SINAD)
孔径抖动
在ADC输出端测得的信号对噪声及失真比。这里的信号摂
孔径抖动指样本与样本之间在采样的有效时间点上的差
是基波幅值的均方根幅值。噪声为所有达到采样频率一半
异。
(fS/2，直流信号除外)的非基波信号之和。在数字化过程
全功率带宽
中，这个比值的大小取决于量化级数，量化级数越多，量
针对满量程输入，重构基波幅度减小0.1 dB或3 dB的输入频
化噪声就越小。对于一个正弦波输入的理想N位转换器，
率。
信纳比理论值计算公式为：
电源抑制比(PSRR)
信纳比 = (6.02 N + 1.76) dB
电源抑制比定义为满量程频率f下ADC输出功率与频率fS下
施加于ADC VDD的100 mV p-p正弦波功率的比值。输入信
因此，12位转换器的SINAD理论值为74 dB。
号的频率变化范围为5 kHz至25 MHz。
总谐波失真(THD)
所有谐波均方根和与基波的比值。对于AD7291，其定义为
其中：
Pf为频率f下ADC的输出功率。
PfS是频率fS下ADC的输出功率。
其中：
积分非线性
V1是基波幅度的均方根值。
V2、V3、V4、V5及V6是二次到六次谐波幅度的均方根值。
峰值谐波或杂散噪声
在ADC输出频谱(最高达fS/2，直流信号除外)中，下一个最
大分量的均方根值与基波均方根值的比。通常情况下，此
ADC传递函数与一条通过ADC传递函数端点的直线的最大
偏差。传递函数有两个端点，起点在低于第一个码转换的
1 LSB处的零电平，终点在高于最后一个码转换的1 LSB处
的满量程。
参数值由频谱内的最大谐波决定，但对于谐波淹没于本底
微分非线性
噪声内的ADC，它为噪声峰值。
ADC中任意两个相邻码之间所测得变化值与理想的1 LSB变
化值之间的差异。
交调失真(IMD)
当输入由两个频率分别为fa和fb的正弦波组成时，任何非
失调误差
线性有源器件都会以和与差频mfa ± nfb(其中m, n = 0, 1, 2, 3
第一个码转换(00…000到00…001)与理想值(即GND1 + 1 LSB)
…)的形式产生失真产物。交调失真项的m和n都不等于0。
的偏差。
例如，二阶项包括(fa + fb)和(fa − fb)，而三阶项包括(2fa +
失调误差匹配
fb)、(2fa − fb)、(fa + 2fb)和(fa − 2fb)。
任何两个通道之间失调误差的差异。
AD7291经过CCIF标准测试，此标准使用最大输入带宽附
增益误差
近的两个输入频率。在此情况下，二阶项频率通常远离初
校正失调误差之后，最后一个码转换(111…110到111…
始正弦波，而三阶项频率通常靠近输入频率。因此，二阶
111)与理想值(即VREF − 1 LSB)的偏差。
和三阶项需分别指定。计算交调失真同THD参数一样，是
个别失真积的均方根和与基波和的幅度均方根的比值，用
分贝表示。
孔径延迟
采样时钟前沿与ADC采样点之间的测量间隔。
增益误差匹配
任何两个通道之间增益误差的差异。
采样保持器采集时间
采样保持放大器在转换结束时恢复跟踪模式。采样保持采
集时间是转换结束后，采样保持放大器输出达到最终值(在
±1 LSB内)所需的时间。
Rev. B | Page 11 of 28
AD7291
电路信息
AD7291内置一个8通道多路复用器、一个片内采样保持放
当ADC启动转换(见图19)时，SW2断开，而SW1移至位置
大器、一个模数转换器(ADC)、一个片内振荡器、内部数
B，使得比较器变得不平衡。利用控制逻辑和容性DAC可
据寄存器、一个内部温度传感器和一个I C兼容串行接口，
以加上和减去固定的电荷数量，使比较器恢复到平衡状
采用20引脚LFCSP封装。该封装与其它解决方案相比，非
态。当比较器重新平衡后，转换就已经完成。控制逻辑产
常节省空间。AD7291采用2.8 V至3.6 V单电源供电，提供
生ADC的输出代码。图21显示了该ADC的传递函数。
2
12位分辨率。它具有8个单端输入通道和一个片内±12 ppm
CAPACITIVE
DACE
基准电压源。模拟输入范围是0 V至VREF。 AD7291内置一
VIN
化，以提供0.25°C的分辨率。
AD7291在不转换时通常保持部分省电状态。首次施加电源
GND1
时，器件以部分省电状态上电。转换前先启动上电，转换
完成后，器件返回部分省电模式。转换可利用自动循环模
式或命令模式启动，并在写入地址的同时唤醒和转换。转
换完成后，AD7291再次进入部分省电模式。
A
SW1
B
CONTROL
LOGIC
SW2
COMPARATOR
08711-005
个高精度带隙温度传感器，12位ADC对其进行监控和数字
图19. ADC转换阶段
模拟输入
图20显示了AD7291模拟输入结构的等效电路。二极管D1
和D2提供模拟输入的ESD保护。切记，模拟输入信号决不
在命令模式中，开始读取时，AD7291完全唤醒，也就是能
能超过内部生成的2.5 V LDO电压(DCAP) 300mV以上，否
够执行全部功能，并在读出地址的同时完成转换。在自动
则会造成二极管正偏，并开始向芯片内部导入电流。这些
循环模式中，转换以50 μs间隔进行；也就是AD7291以50 μs
二极管可以传导但不会对器件造成彻底损坏的最大电流为
间隔退出部分省电模式并完全上电。这个自动部分省电功
10 mA。图20中的电容C1通常约为8 pF，并且主要在引脚
能可在两次转换间降低功耗。I2C接口上的读或写操作可在
电容上。电阻R1是一个集总元件，由开关(即采样保持开
器件处于部分省电模式时进行。
关)的导通电阻和输入多路复用器的导通电阻组成，总电阻
转换器操作
通常约为155 Ω。电容C2是ADC采样电容，一般为34 pF。
AD7291是一款基于电容DAC的12位逐次逼近型ADC。图
18和图19分别为ADC采样阶段和转换阶段的简化原理示意
图。这款ADC内置控制逻辑SAR和容性DAC，可以利用二
者加上和减去采样电容中的固定电荷数量，使比较器恢复
到平衡状态。图18显示了采样阶段。SW2闭合，SW1置于
A，比较器保持在平衡状态，采样电容采集选定VIN通道的
信号。
图20. 等效模拟输入电路
CAPACITIVE
DAC
GND1
滤波器来滤除模拟输入信号的高频成份。在对谐波失真和
A
SW1
B
CONTROL
LOGIC
SW2
COMPARATOR
图18. ADC采样阶段
08711-004
VIN
在交流应用中，建议在相应的模拟输入引脚用一个RC低通
信噪比要求严格的应用中，模拟输入应采用一个低阻抗源
进行驱动。高源阻抗会显著影响ADC的交流特性。这种情
况下有必要使用一个输入缓冲放大器。通常根据具体应用
性能标准来选择运算放大器。
Rev. B | Page 12 of 28
AD7291
ADC传递函数
对于模拟输入通道转换结果，AD7291的输出为标准二进制
各输入依次积分，期间为数百微秒。该操作在后台连续发
编码，温度转换结果则为二进制补码。所设计的码跃迁在
生，用户可以放心地在其它通道上执行转换。积分完成
连续LSB值上(即1 LSB、2 LSB等等)进行。AD7291的LSB大
时，信号传递给控制逻辑，自动启动转换。
小为VREF/4096。输出标准二进制编码时，AD7291的理想传
如果ADC处于命令模式并执行电压转换，AD7291会等待
递特性如图21所示。
电压转换完成，然后启动温度传感器转换。如果ADC未执
行电压转换，则以5 ms间隔进行温度转换。
在自动循环模式中，将在当前序列的适当位置插入转换。
111...111
如果ADC空闲，转换将立即发生。TSENSE转换结果寄存器存
111...110
ADC CODE
储温度通道上的最后一次转换结果，这些结果可以随时读
取。
111...000
011...111
理论上，温度测量电路能够以0.25°C的分辨率测量−512°C
1LSB = VREF /4096
至+511°C的温度。不过，TA(AD7291的额定温度范围)以外
的温度并不在该器件的保证工作温度范围内。通过设置命
000...010
令寄存器的TSENSE位，可以使能温度传感器。
000...001
0V
1LSB
温度传感器均值
+VREF – 1LSB
ANALOG INPUT
NOTES
1. VREF IS 2.5V.
08711-007
000...000
AD7291内置温度传感器均值功能，以提高温度测量的精
度。只要使能命令寄存器内的TSENSE位，就会在后台连
图21. 标准二进制传递特性
续执行温度均值功能。每次执行TSENSE转换都会测量温度，
温度传感器工作原理
可利用移动均值法来决定TSENSE均值结果寄存器内的结果。
AD7291内置一个本地温度传感器。片内带隙温度传感器测
均值结果可通过以下公式计算：
量AD7291芯片的温度。
TSENSE AVG =
AD7291上的温度传感器模块基于三电流原则(参见图22)，
三个电流分别通过一个二极管，并测量正向压降，这样就
然后可在T SENSE 均值结果寄存器内获得均值结果，每次
能排除串联电阻所引起的误差，准确计算出温度。
4×I
8×I
IBIAS
TSENSE转换后都会更新该寄存器内容。
在命令寄存器(位D7)中选择温度传感器后，AD7291提供的
VDD
首个TSENSE转换结果实际上是首个TSENSE转换结果，此结果
在下一个TSENSE转换完成且结果寄存器更新前一直有效。
VOUT+
TO ADC
VOUT–
INTERNAL
SENSE
TRANSISTOR
BIAS
DIODE
08711-008
I
7
(Previous Average _ Result ) + 1 _(Current _ Result )
8
8
图22. 内部温度传感器的顶层结构
Rev. B | Page 13 of 28
AD7291
温度值格式
VDRIVE
ADC的一个LSB对应0.25°C。ADC产生的温度读数以12位
VDRIVE控制串行接口的工作电压。VDRIVE特性使ADC能够轻
二进制补码形式存储，正负温度测量结果均适用。样本温
松与1.8V和3 V处理器接口。例如，如果AD7291采用3.3 V
度值如表7所示。温度转换公式如下：
的VDD供电，则VDRIVE引脚可以采用1.8 V电源供电。这样，
AD7291以3.3 V的VDD工作时具有较大的动态范围特性，同
正温度 = ADC码/4
时仍能与1.8 V处理器接口。注意，应确保VDRIVE不超过VDD
负温度 = (4096 − ADC码)/4
0.3 V以上(参见绝对最大额定值部分)。
上述公式仅适用于VREF为2.5 V的条件下。如果使用外部基
内部或外部基准电压
准电压源，温度传感器需要2 V至2.5 V间的外部基准电压
AD7291既可在内部2.5 V片内基准电压下工作，也可在外
才能正常工作。温度结果(摄氏度)使用以下公式计算，其
部施加的基准电压下工作。命令寄存器内的EXT_REF位用
中VEXT_REF是外部基准电压值。
于确定是否使用内部基准电压。如果在命令寄存器中选择
EXT_REF位，可通过V REF 引脚提供外部基准电压。上电
时，使能内部基准电压。适合AD7291的外部基准电压源包
括AD780、AD1582、ADR431、REF193和ADR391。
内部基准电压电路由一个2.5 V带隙基准电压源和一个基准
表7. 温度数据格式
温度(°C)
−40
−25
−10
−0.25
0
+0.25
+10
+25
+50
+75
+100
+105
+125
数字输出
1111 0110 0000
1111 1001 1100
1111 1101 1000
1111 1111 1111
0000 0000 0000
0000 0000 0001
0000 0010 1000
0000 0110 0100
0000 1100 1000
0001 0010 1100
0001 1001 0000
0001 1010 0100
0001 1111 0100
电压缓冲器组成。当AD7291以内部基准电压模式工作时，
VREF引脚提供2.5 V内部基准电压，此引脚应使用10 μF电容
去耦至GND1。建议将内部基准电压施加于系统的其他部
分前先进行缓冲。
转换器为静态时，内部基准电压源最多能够提供2 mA电
流。基准电压缓冲器需要5.5 ms上电，并在上电期间对10 μF
去耦电容充电。
复位
AD7291内置复位功能，可用于使器件和所有内部寄存器
(包括命令寄存器)的内容复位至默认状态。要激活复位操
作，PD/RST引脚应拉低至少1 ns，最长100 ns，并且与时
钟异步；因此可以随时触发。如果PD/RST引脚保持低电平
超过100 ns，器件将进入完全关断模式。PD/RST引脚必须
一直保持稳定的逻辑电平才能确保正常工作。
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AD7291
内部寄存器结构
AD7291内置34个内部寄存器(参见图23)，可用于存储转换
COMMAND
REGISTER
结果、转换上限和下限以及用来配置和控制器件的信息。
共有33个数据寄存器和1个地址指针寄存器。
VOLTAGE CONV
RESULT REGISTER
每个数据寄存器都有一个地址，当与之通信时，地址指针
TSENSE CONV
RESULT REGISTER
寄存器就会指向该地址。表9详细列出了哪些寄存器用于
TSENSE AVG
RESULT REGISTER
读取、写入或读/写。
CH0 DATA HIGH
REGISTER
地址指针寄存器
CH0 DATA LOW
REGISTER
的寄存器；因此该寄存器既没有也不需要地址。地址指针
寄存器是一个8位寄存器，其中6个LSB用作指针位，用来
ADDRESS
POINTER
REGISTER
存储指向其中一个AD7291数据寄存器的地址。每个写入地
址后的首个字节用于地址指针寄存器，包含某个数据寄存
器的地址。6个LSB选择随后数据字节要写入的数据寄存
CH0 HYSTERESIS
REGISTER
CH1 DATA HIGH
REGISTER
CH1 DATA LOW
REGISTER
CH1 HYSTERESIS
REGISTER
DATA
地址指针寄存器是每个写入操作的首个数据字节自动写入
器。只有此寄存器内的6个LSB才能用于选择数据寄存器。
上电期间，地址指针寄存器包含指向命令寄存器的所有0。
表8. 地址指针寄存器
D0
0
P5
P4
P3
P2
P1
P0
寄存器选择
CH7 DATA LOW
REGISTER
CH7 HYSTERESIS
REGISTER
TSENSE DATAHIGH
REGISTER
TSENSE DATALOW
REGISTER
TSENSE HYSTERESIS
REGISTER
ALERT STATUS
REGISTER A
SDA
SCL
ALERT STATUS
REGISTER B
SERIAL BUS INTERFACE
图23. AD7291寄存器结构
Rev. B | Page 15 of 28
08711-015
D1
0
CH7 DATA HIGH
REGISTER
AD7291
表9. AD7291寄存器地址
Hex Code
0x00
0x01
0x02
0x03
0x04
0x05
0x06
0x07
0x08
0x09
0x0A
0x0B
0x0C
0x0D
0x0E
0x0F
0x10
0x11
0x12
0x13
0x14
0x15
0x16
0x17
0x18
0x19
0x1A
0x1B
0x1C
0x1D
0x1E
0x1F
0x20
0x3F
P5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
P4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
P3
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
P2
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
P1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
P0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
寄存器
读/写
命令寄存器
电压转换结果寄存器
TSENSE转换结果寄存器
TSENSE均值结果寄存器
CH0 DATAHIGH寄存器
CH0 DATALOW寄存器
CH0迟滞寄存器
CH1 DATAHIGH寄存器
CH1DATALOW寄存器
CH1迟滞寄存器
CH2 DATAHIGH寄存器
CH2 DATALOW寄存器
CH2迟滞寄存器
CH3 DATAHIGH寄存器
CH3 DATALOW寄存器
CH3迟滞寄存器
CH4 DATAHIGH寄存器
CH4 DATALOW寄存器
CH4迟滞寄存器
CH5 DATAHIGH寄存器
CH5 DATALOW寄存器
CH5迟滞寄存器
CH6 DATAHIGH寄存器
CH6 DATALOW寄存器
CH6迟滞寄存器
CH7 DATAHIGH寄存器
CH7 DATALOW寄存器
CH7迟滞寄存器
TSENSE DATAHIGH寄存器
TSENSE DATALOW寄存器
TSENSE迟滞寄存器
报警状态寄存器A
报警状态寄存器B
工厂测试模式
写入
读取
读取
读取
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读取
读取
用户不得访问此寄存器。
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AD7291
命令寄存器(0x00)
命令寄存器是一个16位只写寄存器，用来设置AD7291的工作模式。位功能如表10所示。写入命令寄存器时，需要双字节写
入。MSB表示数据流的第一位。上电期间，命令寄存器的默认内容全部为0。
表10. 上电时的命令寄存器位和默认设置
通道位
Function
Setting
MSB
D15 至 DB8
CH0至CH7
D7
TSENSE
D6
无关
D5
噪声延迟位
检验和采样
D4
EXT_REF
使能 = 1，
禁用 = 0
使能 = 1，
禁用 = 0
0
使能 = 1，
禁用 = 0
使能 = 1，
禁用 = 0
D3
ALERT引脚极性
(高电平有效/低
电平有效)
低电平有效 = 1，
高电平有效= 0
D2
清除报警
D1
复位
LSB
D0
自动循环模式
使能 = 1，
禁用 = 0
使能 = 1，
禁用 = 0
使能 = 1，
禁用 = 0
表11. 命令寄存器位功能描述
位
引脚名称
备注
D15至D8
CH0至CH7
这些8通道地址位用于选择待转换的模拟输入通道。位D15至位D8中的任一位设为1可选择转换通道。如果多
个通道位设为1，AD7291将从最低通道开始依序转换选定通道。所有未使用通道应设为0。启动转换前，必
须在命令寄存器中选择转换通道或通道序列。
D7
TSENSE
此位使能温度转换，转换以5 ms间隔在后台进行。其结果可从TSENSE转换结果寄存器(0x02)和TSENSE均值结
果寄存器(0x03)读取。详情参见温度传感器工作原理部分。
D6
无关
D5
噪声延迟位
使能此功能时，若I2C总线上有活动，它会延迟关键采样间隔和位检验，从而确保改进AD7291的直流性能。
检验和采样 使能该功能时，转换时间可能会发生变化。上电时此位禁用，建议写入1，使该功能正常工作。
D4
EXT_REF
对此位写入逻辑1则支持使用外部基准电压源。外部基准电压源的输入电压范围为2 V至2.5 V。外部基准电压
D3
ALERT引脚极性
此位决定ALERT引脚的有效极性。如果此位设为1，ALERT引脚配置为低电平有效，设为0则为高电平有效。
不应超过2.5 V，否则对器件性能有不利影响。上电期间，默认配置是使能内部基准电压。
上电时的默认配置为高电平有效(0)。
D2
清除报警
此位可清除报警状态寄存器的内容。一旦两个报警状态寄存器的内容被清除，此位应重新编程为逻辑0，以
确保能够检测未来的报警信号。
D1
复位
设置此位可将AD7291中所有内部寄存器的内容复位至其默认状态，包括命令寄存器本身。一旦复位完成，此
位将自动恢复为0，以便对内部寄存器重新编程。
D0
自动循环模式
对此位写入1可使能自动循环工作模式。在该模式下，AD7291会连续转换位D15至位D8中选择的通道。此功能
配合限值寄存器使用，可设置成所选的任何转换通道的转换结果超过预设限值时就发出报警信号。
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AD7291
表12. 命令寄存器的通道选择位
D15
0
0
0
0
0
0
0
0
1
D14
0
0
0
0
0
0
0
1
0
D13
0
0
0
0
0
0
1
0
0
D12
0
0
0
0
0
1
0
0
0
D11
0
0
0
0
1
0
0
0
0
D10
0
0
0
1
0
0
0
0
0
D9
0
0
1
0
0
0
0
0
0
D8
0
1
0
0
0
0
0
0
0
选择模拟输入通道
注释
未选择通道
转换通道7 (VIN7)上
转换通道6 (VIN6)
转换通道5 (VIN5)
转换通道4 (VIN4)
转换通道3 (VIN3)
转换通道2 (VIN2)
转换通道1 (VIN1)
转换通道0 (VIN0)
如果选择多个通道，AD7291将从序列
中的最低通道开始转换选定通道。
表13. TSENSE数据格式
D11 (MSB)
−512
输入
值(°C)
D10
+256
D9
+128
D8
+64
采样延迟和位检验延迟
理想情况下，ADC转换过程中不应有I2C总线活动。但有
D7
+32
D6
+16
D5
+8
D4
+4
D3
+2
D2
+1
D1
+0.5
表14. 转换值寄存器（第一次读取）
D14
ADD2
D13
ADD1
D12
ADD0
MSB
D11
B11
向命令寄存器中的位D5写入1，以使能噪声延迟位检验和
D15
ADD3
采样功能。当I2C总线上有活动时，这种机制可延迟关键采
表15. 转换值寄存器（第二次读取）
时这是无法避免的，例如在自动循环模式下工作时。建议
D0 (LSB)
+0.25
D10
B10
D9
B9
样间隔和位检验。这样，每位判断均在相对安静的环境中
进行，转换结果不易受外部噪声干扰。
上电时，位检验和采样间隔延迟机制未使能。建议使能这
一功能，以便实现正常工作。使能时，AD7291将延迟位检
验，从而抑制I C总线上的活动影响。如果接口线路上的活
2
动过多，使能这些位可导致总转换时间增加。
AD7291还内置一项功能，可以抑制50 ns以下的毛刺。该
功能可改善器件的抗噪性。
电压转换结果寄存器(0x01)
电压转换结果寄存器是一个16位只读寄存器，以标准二进
制格式存储ADC输出的转换结果。从该寄存器读取数据需
要使用双字节读取。表14和15显示要从AD7291读取数据的
第一和第二字节内容。每个AD7291转换结果由4个通道地
址位(参见表14和表15)和12位数据结果组成。位D15至位
D12是识别对应后续结果的ADC通道的通道地址位。位
D11至位D0包含最近的ADC结果。
D7
B7
D6
B6
D5
B5
D4
B4
D3
B3
D2
B2
D1
B1
D8
B8
LSB
D0
B0
表16. 结果寄存器的通道地址位
ADD2
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
ADD2
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
ADD1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
ADD0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
模拟输入通道
VIN0
VIN1
VIN2
VIN3
VIN4
VIN5
VIN6
VIN7
TSENSE
TSENSE 平均值结果
温度值格式
ADC产生的温度读数以11位二进制补码形式存储在D11至
D0中，正负温度测量结果均适用。温度数据格式如表13所
示。
TSENSE转换结果寄存器(0x02)
TSENSE结果寄存器是一个16位只读寄存器，用来存储内部温
度传感器所产生的ADC数据。此寄存器以12位二进制补码
格式D11至D0存储ADC输出的温度读数，并使用位D15至
位D12存储通道地址位。转换大约每隔5 ms发生一次。表
13详细列出了应用于内部温度传感器的温度数据格式。
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AD7291
表17. TSENSE转换结果寄存器(第一次读取)
MSB
D15
ADD3
D14
ADD2
D13
ADD1
D12
ADD0
D11
B11
DATAHIGH寄存器
D10
B10
D9
B9
D8
B8
CH0至CH7和内部温度传感器的DATAHIGH寄存器是16位读/
写寄存器；仅使用每个寄存器的12个LSB。寄存器中的位
D15至位D12不用，设置为0。此寄存器存储激活ALERT输
表18. TSENSE结果寄存器(第二次读取)
D7
B7
D6
B6
D5
B5
D4
B4
D3
B3
D2
B2
LSB
D0
B0
D1
B1
TSENSE均值结果寄存器是一个16位只读寄存器，用来存储内
部温度传感器输出的均值结果。此寄存器以11位二进制补
码格式D11至D0存储ADC输出的均值温度读数，并使用位
D15至位D12存储通道地址位。TSENSE均值结果寄存器在每
次TSENSE转换完成后更新。使能均值后AD7291给出的首个
TSENSE均值转换结果实际上是首个TSENSE转换结果。表13详
细列出了应用于内部温度传感器的温度数据格式。详情参
见温度传感器均值部分。
表19. TSENSE均值结果寄存器(第一次读取)
D14
ADD2
D13
ADD1
D12
ADD0
D6
B6
D5
B5
D4
B4
D3
B3
寄存器值至少低N个LSB的值时，ALERT输出引脚复位。N
D11
B11
D2
B2
过写入命令寄存器的位D2来复位。
表21. DATAHIGH寄存器(第一次读取/写入)
MSB
D15
0
D14
0
D13
0
D12
0
D11
B11
D10
B10
D9
B9
D8
B8
D1
B1
LSB
D0
B0
表22. DATAHIGH寄存器(第二次读取/写入)
D7
B7
D6
B6
D5
B5
D4
B4
D3
B3
D2
B2
DATALOW寄存器
D10
B10
D9
B9
D8
B8
每个通道的DATALOW寄存器是一个16位读/写寄存器；仅使
用每个寄存器的12个LSB。寄存器中的位D15至位D12不
用，设置为0。此寄存器存储激活ALERT输出的下限。如
表20. TSENSE均值结果寄存器(第二次读取)
D7
B7
器内的值，该通道出现ALERT。转换结果返回比DATAHIGH
的值来自与该通道相关的迟滞寄存器。ALERT引脚也可通
TSENSE平均值结果寄存器(0x03)
MSB
D15
ADD3
出的上限。如果转换结果寄存器内的值大于DATAHIGH寄存
D1
B1
LSB
D0
B0
果TSENSE转换结果寄存器内的值小于DATALOW寄存器内
的值，该通道出现ALERT。转换结果返回比DATALOW寄存
器值至少高N个LSB的值时，ALERT输出引脚复位。N的值
来自与该通道相关的迟滞寄存器。ALERT输出引脚也可通
限值寄存器(0x04至0x1E)
AD7291具有9对限值寄存器。每一对寄存器存储每个模拟
输入通道和内部温度传感器的转换上限和下限。每对限值
寄存器都有一个相关迟滞寄存器。所有27个寄存器都是16
位宽；寄存器只有12 LSB用于AD7291。这些寄存器中，四
个MSB，D15和D12，应包含0。上电期间，每个模拟电压
通 道 的 DATA HIGH 寄 存 器 的 内 容 为 满 量 程 (0x0FFF)， 而
DATALOW电压通道寄存器的默认内容为零电平(0x0000)。
对于温度转换结果，AD7291的输出是二进制补码。TSENSE
DATAHIGH寄存器的默认内容是0x07FF，而TSENSEDATALOW
过写入命令寄存器的位D2来复位。
表23. DATALOW寄存器(第一次读取/写入)
MSB
D15
0
D14
0
D13
0
D12
0
D11
B11
D10
B10
D9
B9
D8
B8
D1
B1
LSB
D0
B0
表24. DATALOW寄存器(第二次读取/写入)
D7
B7
寄存器的默认内容是0x0800。如果转换结果超过限值寄存
器设置的上限或下限，AD7291将在硬件内发出报警信号。
Rev. B | Page 19 of 28
D6
B6
D5
B5
D4
B4
D3
B3
D2
B2
AD7291
每个模拟输入通道和内部温度传感器都拥有自己的迟滞寄
报警状态寄存器A和报警状态
寄存器B (0x1F和0x20)
存器，即一个16位读/写寄存器。仅使用12个LSB。寄存器
报警状态寄存器是16位只读寄存器，用来提供关于报警事
中的位D15至位D12不用，设置为0。使用限值寄存器时，
件的信息。如果一次转换导致ALERT引脚激活，如限值寄
迟滞寄存器存储迟滞值N。每对限值寄存器都有一个专用
存器(0x04至0x1E)部分所述，则可以读取报警状态寄存器
迟滞寄存器。如果发生超过限值事件，迟滞值将决定
以获得更多信息。AD7291包括两个报警状态寄存器：报警
ALERT引脚的复位点。例如，如果通道0的上下限要求8
状态寄存器A存储模拟电压转换通道的报警(参见表27和表
迟滞寄存器
LSB的迟滞值，则应将16位字0000 0000 0000 1000写入CH0
28)，报警状态寄存器B仅存储内部温度传感器的报警(参见
的迟滞寄存器，地址为0x06(见表25和表26)。上电期间，
表29和表30)。
迟滞寄存器内容默认全部为零(0x0000)。如果要求迟滞
两个报警状态寄存器针对每一通道包含两个状态位，一个
值，则必须将该值写入相关通道的迟滞寄存器。
对应DATAHIGH限值，另一个对应DATALOW限值。状态为1
的位显示超出限值发生的位置，即哪一通道，以及超过的
表27. 报警状态寄存器A(第一次读取字节)
MSB
D15
0
D14
0
D13
0
D12
0
D11
B11
是上限还是下限。如果在接受第一报警和查询报警状态寄
D10
B10
D9
B9
D8
B8
D6
B6
D5
B5
D4
B4
D3
B3
的对应位也会置位。报警状态寄存器的整个内容可通过对
命令寄存器的位D2写入1来清除。
表26. 迟滞寄存器(第二次读取/写入字节)
D7
B7
存器之间，另一通道上发生第二个报警事件，该报警事件
D2
B2
D1
B1
LSB
D0
B0
例如，如果将报警状态寄存器A的位D14设为1，则超出通
道7的下限(寄存器0x1A)，如果将位D11设为1，则超出通
道5的上限(寄存器0x13)。
TSENSEHIGH和TSENSE_AVGHIGH报警通过与TSENSE DATAHIGH
寄存器(寄存器0x1C)进行比较来确定。同样，TSENSELOW
和TSENSE_AVG LOW报警通过与TSENSE DATA LOW寄存器
(寄存器0x1D)进行比较来确定。
表27. 报警状态寄存器A(第一次读取字节)
D15
CH7HIGH
D14
CH7LOW
D13
CH6HIGH
D12
CH6LOW
D11
CH5HIGH
D10
CH5LOW
D9
CH4HIGH
D8
CH4LOW
D4
CH2LOW
D3
CH1HIGH
D2
CH1LOW
D1
CH0HIGH
D0
CH0LOW
D12
0
D11
0
表28. 报警状态寄存器A(第二次读取字节)
D7
CH3HIGH
D6
CH3LOW
D5
CH2HIGH
表29. 报警状态寄存器B(第一次读取字节)
D15
0
D14
0
D13
0
D10
0
D9
0
D8
0
表30. 报警状态寄存器B(第二次读取字节)
D7
0
D6
0
D5
0
D4
0
D3
TSENSE_AVGHIGH
D2
TSENSE_AVGLOW
Rev. B | Page 20 of 28
D1
TSENSEHIGH
D0
TSENSELOW
AD7291
I2C接口
对AD7291的控制经由I2C兼容串行总线实现。它作为从器
同时串行时钟线(SCL)保持高电平。这样，随后就会发生
件连接到该总线，受处理器等主器件的控制。
数据流。主机负责产生时钟。
串行总线地址字节
数据以9位一组的形式通过串行总线发送：8位数据来自发
用户写入器件的第一个字节是从机地址字节。与其它I2C兼
射机，后面跟随一个来自接收机的应答位(ACK)。SDA线
容器件一样，AD7291也具有7位串行地址。此地址的三个
上的数据转换必须发生在时钟信号的低电平期间，并且在
MSB设为010。用户可通过三态输入引脚AS0和AS1对4个
高电平期间保持稳定。接收机应在应答位期间将SDA线拉
低，表示已正确接收之前的字节。如果并非如此，则会取
LSB进行编程，如表31所示。
消处理。
表31中，H表示引脚连到VDRIVE，L表示引脚连到GND，NC
表示引脚浮空。请注意，最后一种情况中，引脚上的杂散
主机发送的第一个字节必须由7位从机地址和一个数据方
电容必须小于30 pF，才能正确检测悬空态。因此，PCB走线
向位组成。总线上的每台设备都具有一个唯一的从机地
址；因此，第一个字节用来建立处理期间与单一从机的通
必须尽可能短。
信。
表31. 使用三态输入引脚控制从机地址
AS1
H
H
H
NC
NC
NC
L
L
L
处理可以是将数据写入从机(数据方向位 =0)，也可以是从
从机地址(A6至A0)
二进制
十六进制
010 0000
0x20
010 0010
0x22
010 0011
0x23
010 1000
0x28
010 1010
0x2A
010 1011
0x2B
010 1100
0x2C
010 1110
0x2E
010 1111
0x2F
AS0
H
NC
L
H
NC
L
H
NC
L
从机读取数据(数据方向位= 1)。如果是读取处理，首先常
常需要写入从机(在另外的写入处理中完成)，告诉它读取
哪一个寄存器。读取和写入不能合并在一次处理中完成。
处理完成时，主机可以保持对总线的控制，通过产生另一
个起始位(SDA高低转换，而SCL为高电平)而启动新的处
理。这称为重复起始(SR)。或者，主机也可以通过先释放
SCL线，再释放SDA线，而释放总线。SDA发生低高转
换，同时SCL为高电平，这称为停止位(P)，将使I2C总线进
入空闲状态(总线不消耗电流)。
通用I2C时序
图24中的例子显示了一个简单的写入处理，其中AD7291用
图24是使用I2C兼容接口的一般读写操作的时序图。
作从机。本例中，AD7291寄存器指针已设置好执行后续的
当无器件驱动总线时，SCL和SDA均为高电平。这称为空
读取处理。
闲状态。当总线空闲时，主机通过建立起始条件而启动数
据传输；起始条件要求串行数据线(SDA)发生高低转换，
SCL
A6
START COND
BY MASTER
A5
A4
A3
A2
A1
A0
SLAVE ADDRESS BYTE
R/W
P7
P6
ACK. BY
AD7291
P5
P3
P2
REGISTER ADDRESS
USER PROGRAMMABLE 5 LSBs
图24. 通用I 2C时序
Rev. B | Page 21 of 28
P4
P1
P0
ACK. BY
AD7291
STOP BY
MASTER
08711-040
SDA
AD7291
写入多个寄存器
写入AD7291
写入多个地址寄存器时，命令序列如下(参见图26)：
将双字节数据写入16位寄存器
1. 主机在SDA上置位起始条件。
AD7921上的所有寄存器均为16位寄存器；因此，对这些寄
2. 主机发送7位从机地址以及写入位(低)。
存器写入值都需要双字节数据。将双字节数据写入寄存器
3. 具有相应地址的从机(AD7291)在SDA上置位应答。
时，命令序列如下(参见图25)：
4. 主机发送一个寄存器地址，例如CH1 DATAHIGH寄存
1. 主机在SDA上置位起始条件。
器地址。
2. 主机发送7位从机地址以及写入位(低)。
5. 从机(AD7291)在SDA上置位应答。
3. 具有相应地址的从机在SDA上置位应答。
6. 主机发送第一个数据字节。
4. 主机发送一个寄存器地址。从机在SDA上置位应答。
7. 从机(AD7291)在SDA上置位应答。
5. 主机发送第一个数据字节(高字节)。
8. 主机发送第二个数据字节。
6. 从机在SDA上置位应答。
9. 从机(AD7291)在SDA上置位应答。
7. 主机发送第二个数据字节(低字节)。
10. 主机发送第二个寄存器地址，例如命令寄存器地址。
8. 从机在SDA上置位应答。
11. 从机(AD7291)在SDA上置位应答。
9. 主机在SDA上置位停止条件以结束处理。
12. 主机发送第一个数据字节。
13. 从机(AD7291)在SDA上置位应答。
14. 主机发送第二个数据字节。
15. 从机(AD7291)在SDA上置位应答。
16. 主机在SDA上置位停止条件以结束处理。
上例仅详细说明了如何写入两个寄存器(CH1 DATAHIGH寄
存器地址和命令寄存器)。然而，AD7291能够在一个写操
作中读取多个寄存器，如图26所示。
SLAVE ADDRESS
FROM MASTER TO SLAVE
FROM SLAVE TO MASTER
0
SA
REG POINTER
SA
DATA[15:8]
SA
DATA[7:0]
SA
S = START CONDITION
SR = REPEATED START
P = STOP CONDITION
SA = SLAVE ACKNOWLEDGE
A = NOT ACKNOWLEDGE
P
08711-059
S
图25. 将双字节数据写入16位寄存器
SLAVE ADDRESS
...
0
SA
POINT TO COMMAND REG (0x00)
FROM MASTER TO SLAVE
FROM SLAVE TO MASTER
POINT TO CH1 DATAHIGH REG (0x04)
SA
DATA[15:8]
SA
SA
DATA[15:8]
DATA[7:0]
S = START CONDITION
SR = REPEATED START
P = STOP CONDITION
SA = SLAVE ACKNOWLEDGE
A = NOT ACKNOWLEDGE
SA
SA
DATA[7:0]
SA
...
P
08711-019
S
图26. 写入多个寄存器
Rev. B | Page 22 of 28
AD7291
从AD7291读取数据
从16位寄存器读取双字节数据时，命令序列如下(参见图
从16位寄存器读取双字节数据
27)：
从任一16位寄存器读取内容都是双字节读取操作。本协议
1. 主机在SDA上置位起始条件。
中，处理的第一部分写入寄存器指针。设置好寄存器地址
2. 主机发送7位从机地址以及读取位(高)。
后，可以对该特定寄存器执行任意次数的读操作，而不必
3. 具有相应地址的从机在SDA上置位应答。
再次写入地址指针。完成所需次数的读操作后，主机不应
4. 主机接收一个数据字节。
应答最后一个字节。这相当于通知从机停止传输，以便主
5. 主机在SDA上置位应答。
机能够置位停止条件。在后续的处理中可以再次读取该寄
6. 主机接收第二个数据字节。
存器，而不必重新写入寄存器指针。
7. 主机在SDA上置位应答。
如果需要从不同的地址读取数据，则必须将相关寄存器地
址写入地址指针寄存器。同样，对该寄存器可以执行任意
次数的读操作。下例中，主机从一个从机读取三组双字节
数据，但请注意，可以读取所需任意组数的双字节数据。
本协议假设特定寄存器地址已由一个对地址指针寄存器的
单字节写操作设置。
8. 主机接收一个数据字节。
9. 主机在SDA上置位应答。
10. 主机接收第二个数据字节。
11. 主机在SDA上置位应答。
12. 主机接收一个数据字节。
13. 主机在SDA上置位应答。
14. 主机接收第二个数据字节。
15. 主机在SDA上置位不应答，通知从机数据传输已完
成。
16. 主机在SDA上置位停止条件以结束处理。
SLAVE ADDRESS
...
DATA[15:8]
1
A
FROM MASTER TO SLAVE
FROM SLAVE TO MASTER
A
DATA[15:8]
DATA[7:0]
A
A
DATA[7:0]
A
DATA[15:8]
A
DATA[7:0]
A
...
P
S = START CONDITION
SR = REPEATED START
P = STOP CONDITION
A = ACKNOWLEDGE
A = NOT ACKNOWLEDGE
08711-060
S
图27. 从转换结果寄存器读取三组双字节数据
Rev. B | Page 23 of 28
AD7291
工作模式
AD7291首次接通电源时，ADC以部分省电模式上电，且
存器启动下次读取时，就会进行序列内的下一个转换。器
不执行转换时通常保持此部分省电状态。主机寻址AD7291
件以快速模式工作时，采集和转换时间总共需要约4.45 μs
后，它便退出部分省电模式。启动AD7291执行转换的方法
(采集时间1.25 μs加转换时间3.2 μs)。在命令模式下，器件
有两种：命令模式和自动循环模式。
从序列中的最低选定通道循环至下一最低选定通道，直至
命令模式
序列内的所有通道转换完成。
在命令模式下，AD7291根据需要在一个通道或一系列通道
要退出命令模式，主机不应应答最后一个数据字节。这将
上执行转换。写入命令寄存器将使器件进入命令模式。这
使AD7291停止传输，以便主机能够在总线上置位停止条
是默认工作模式，可以在命令寄存器发生写入操作时随时
件。在收到停止条件后，AD7291停止转换并进入部分省电
自动选择转换。若要进入此模式，请将所需的通道组合写
模式，但保留命令寄存器的内容。一旦器件重新寻址并从
入命令寄存器(寄存器0x00)。写入操作后，必须再次寻址
电压转换寄存器启动读取，AD7291便按先前选定的通道序
AD7291，以指示需要读取操作。接着对电压或温度转换结
列开始转换。转换序列从序列内的第一个选定通道开始转
果寄存器执行读取。首次转换发生时，写入AD7291的地址
换；例如，如果选择通道1、通道2和通道3，并且在读取
指针必须指向电压转换结果寄存器或TSENSE转换结果寄存
通道1的结果后发生停止条件，那么恢复转换后，将重新
器。转换在读取前四个通道地址位的同时完成。对结果寄
转换通道1，转换序列继续进行。
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AD7291
图28中的示例显示在VIN0、VIN1和VIN2组成的通道序列上执
15. 然后，主机在SDA上置位应答。
行转换的命令模式。
16. 主机接收第二个数据字节，它包含通道VIN0转换结果的
八个LSB。然后，主机在SDA上置位应答。
1. 主机在SDA上置位起始条件。
17. 对通道VIN1和通道VIN2重复第11步和第12步。
2. 主机发送7位从机地址以及写入位(低)。
18. 主机接收到所有选定通道的转换结果之后，从机再次
3. 具有相应地址的从机(AD7291)在SDA上置位应答。
转换，并输出所选序列中第一个通道的转换结果。重
4. 主机发送命令寄存器地址(0x00)。
复第12步至第14步。
5. 从机在SDA上置位应答。
19. 主机在SDA上置位不应答，并在SDA上置位停止条件，
6. 主机向命令寄存器发送第一个数据字节(0xE0)，命令寄
以结束转换并退出命令模式。
存器选择VIN0、VIN1和VIN2通道。
7. 从机在SDA上置位应答。
若要更改转换序列，请再次向命令模式写入新的序列。如
8. 主机向命令寄存器发送第二个数据字节(0x20)。
果在现有转换序列正在进行时对命令寄存器执行新的写操
9. 从机在SDA上置位应答。
作，则现有转换序列终止，下一个转换从新序列的第一个
10. 主机发送结果寄存器地址0x01。
选定通道开始执行。命令模式下，采用400 kHz I2C时钟可
11. 从机在SDA上置位应答。
实现的最大吞吐速率为(400 kHz/18) = 22.2 kSPS。
12. 主机发送7位从机地址以及写入位(高)。
13. 从机(AD7291)在SDA上置位应答。
14. 主机接收一个数据字节，它包含通道地址位、通道VIN0
转换结果的四个MSB。
...
...
SLAVE ADDRESS
0
SA
POINT TO COMMAND REG (0x00)
COMMAND = 0xE0
*
POINT TO RESULT REG (0x01)
SA
SR
SLAVE ADDRESS
1
SA
CH AD (0000)
*
VIN0[7:0]
A
... * CH AD (0010)
...
SA
VIN0[7:0]
VIN2[11:8]
A
VIN1[11:8]
CH AD (0001)
........
A
VIN1[7:0]
A
*
VIN2[7:0]
VIN2[7:0]
A
A
A
CH ID (0000)
P
SA
VIN0[11:8]
VIN0[11:8]
A
FROM MASTER TO SLAVE
图28.命令模式操作
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A
SA
...
...
FROM SLAVE TO MASTER
* = POSITION OF SAMPLING START
COMMAND = 0x20
...
S = START CONDITION
SR = REPEATED START
P = STOP CONDITION
SA = SLAVE ACKNOWLEDGE
A = NOT ACKNOWLEDGE
08711-016
S
AD7291
自动循环模式
AD7291可以配置成在可编程的通道序列上连续执行转换，
环。一旦序列完成，ADC将再次开始转换最低通道，继续
这种工作模式特别适合系统监控。此模式可用于监控仅在
按序列循环，直至退出自动循环模式。转换完成后，将转
超出限值时发出报警的信号，例如电池电压和温度。
换结果与限值寄存器的内容比较，并自动更新报警状态寄
转换在后台发生，间隔时间约为50 μs，对主机是透明的。
存器。如果发现超出限值寄存器值，ALERT引脚便以命令
任何通道的采集和转换时间总共仅需要约3.6 μs。通常使用
寄存器中位D3决定的极性置位。
这种模式来自动监控选定的通道，其中限值寄存器设置为
自动循环模式活动期间，如果需要命令模式，则必须先禁
通过报警功能提示超量程情况，或者最小值/最大值记录器
用自动循环模式，然后才能进入命令模式。这可以通过将
跟踪特定通道随时间的变化。读取和写入可以随时执行
命令寄存器的位D0设置为1来实现。当命令模式转换完成
(ADC电压转换结果寄存器0x01包含最新转换结果)。
后，用户可通过将命令寄存器的位D0设为1重新使能自动
上电期间，此模式禁用。若要使能此模式，请写入命令寄
存器(寄存器0x00)中的位D0，并通过写入对应的通道位(位
D15至位D8)选择所需的转换通道。如果在配置寄存器内设
循环模式。在自动循环模式下，AD7291收到停止条件也不
会进入部分省电模式；因此转换和报警监控将继续正常进
行。
置多个通道位，ADC将从最低通道开始按通道序列自动循
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AD7291
外形尺寸
0.30
0.25
0.18
0.50
BSC
PIN 1
INDICATOR
20
16
15
1
EXPOSED
PAD
2.75
2.60 SQ
2.35
11
TOP VIEW
0.80
0.75
0.70
SEATING
PLANE
0.50
0.40
0.30
5
10
6
BOTTOM VIEW
0.05 MAX
0.02 NOM
COPLANARITY
0.08
0.20 REF
0.25 MIN
FOR PROPER CONNECTION OF
THE EXPOSED PAD, REFER TO
THE PIN CONFIGURATION AND
FUNCTION DESCRIPTIONS
SECTION OF THIS DATA SHEET.
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-220-WGGD.
020509-B
PIN 1
INDICATOR
4.10
4.00 SQ
3.90
图29. 20引脚引脚架构芯片级封装[LFCSP_WQ]
4 mm x 4 mm，超薄体
(CP-20-8)
图示尺寸单位：mm
订购指南
型号1
AD7291BCPZ
AD7291BCPZ-RL7
EVAL-AD7291SDZ
1
温度范围
−40°C 至 +125°C
−40°C 至 +125°C
封装描述
20引脚引脚架构芯片级封装[LFCSP_WQ]
20引脚引脚架构芯片级封装[LFCSP_WQ]
评估板
Z = 符合RoHS标准的器件。
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封装选项
CP-20-8
CP-20-8
注释
I2C指最初由Philips Semiconductors(现为NXP Semiconductors)开发的一种通信协议。
©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and
registered trademarks are the property of their respective owners.
D08711sc-0-10/11(B)
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