双通道、差分、16位、1 MSPS、 12.0 mW PulSAR ADC，采用QSOP封装 AD7903 产品特性 概述 16位分辨率、无失码 吞吐速率：1 MSPS 低功耗： 7.0 mW(1 MSPS，仅VDD1和VDD2) 12.0 mW(1 MSPS，总功耗) 140 µW(10 kSPS) 积分非线性(INL)：典型值±0.5 LSB,最大值±2.0 LSB 信纳比(SINAD)：93.5 dB (1 kHz) 总谐波失真(THD)：−112 dB (1 kHz) 真差分模拟输入范围： ±VREF 0 V至VREF(VREF在2.4 V至5.1 V之间) 可使用任一输入范围 可采用ADA4941-1轻松驱动 无流水线延迟 采用2.5 V单电源供电，提供1.8 V/2.5 V/3 V/5 V逻辑接口 串行端口接口(SPI)/QSPI/MICROWIRE/DSP兼容 20引脚QSOP封装 宽工作温度范围：−40°C至+125°C AD7903是一款双通道16位、逐次逼近型模数转换器(ADC)， 各ADC采用单电源(VDDx)供电。它内置两个低功耗、高 速、16位采样ADC和一个多功能串行端口接口(SPI)。在 CNVx上升沿，AD7903对INx+与INx-引脚之间的电压差进 行采样，这两个引脚上的电压摆幅通常在0 V至VREF之间、 相位相反。REFx引脚的基准电压(VREF)由外部提供，可独 立于电源电压引脚(VDDx)来设定。该器件的功耗与吞吐速 率呈线性变化关系。 SPI兼容串行接口还能利用SDIx输入将几个ADC以菊花链 形式连结到单个三线式总线上，并提供一个可选的繁忙指 示。采用独立电源VIOx时，它与1.8 V、2.5 V、3 V和5 V逻辑 兼容。 AD7903采用20引脚QSOP封装，工作温度范围为−40°C至 +125°C。 表1. MSOP 14/16/18位PulSAR® ADC 位 18 应用 电池供电设备 通信 自动测试设备(ATE) 数据采集 医疗仪器 冗余测量 同步采样 16 14 1 100 kSPS 250 kSPS AD76911 400 kSPS 至500 kSPS AD76901 1000 kSPS AD79821 AD7680 AD7683 AD7684 AD7940 AD76851 AD76871 AD7694 AD79421 AD76861 AD76881 AD76931 AD79461 AD79801 AD7903 AD7902 ADC驱动器 ADA4941-1 ADA4841-x ADA4941-1 ADA4841-x 引脚兼容 功能框图 REF = 2.5V TO 5V 2.5V REF IN1+ ADC1 ±10V, ±5V, ... IN1– ADA4941-1 REF VIO1 VIO1/VIO2 SDI1 SDI1/SDI2 SCK1 SCK1/SCK2 CNV1 CNV1/CNV2 SDO1 SDO1 VIO2 IN2+ 3-WIRE OR 4-WIRE INTERFACE (SPI, CS, AND CHAIN MODES) SDI2 ADC2 ±10V, ±5V, ... VDD1 VDD2 SCK2 CNV2 IN2– SDO2 SDO2 AD7903 GND 11755-001 REF1 REF2 ADA4941-1 图1. Rev. 0 Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 ©2013–2014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Technical Support www.analog.com ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD7903的重要链接* 最后更新时间：01/22/2014 02:26 pm 类似产品和参数选型表 文档 依据工作参数查找类似产品 UG-609：评估AD7903双通道差分16位、1 MSPS PulSAR ADC 建议配套产品 推荐AD7903使用的驱动放大器 评估套件、原理图符号与PCB封装 • 针对低频、精密、低偏置电流应用，推荐使用 ADA4627-1、ADA4637-1或AD8610。 • 针对精密、低功耗、低失真应用，推荐使用ADA4841-1、 ADA4896-2或AD8031。 • 针对高频、低噪声、低失真应用，推荐使用ADA4899、 ADA4897-1或AD8021。 • 关于其它驱动放大器选择，我们建议选择产品目录并使 用我们的参数搜索表格进行筛选。 推荐AD7903使用的外部基准电压源 • 如需低噪声、高精度2.5 V基准电压源，推荐使用ADR431 或ADR4525。 • 如需低噪声、高精度3 V基准电压源，推荐使用ADR433或 ADR4533。 • 如需低噪声、高精度5 V基准电压源，推荐使用ADR435或 ADR4550。 • 如需驱动基准电压输入，推荐使用AD8031或AD8605缓 冲放大器。 • 关于其它基准电压源选择，建议使用我们的参数搜索表 格进行筛选。 推荐AD7903使用的数字隔离器 • 针对SPI接口、最低功耗、2.5 kVrms隔离，推荐使用 ADuM1401。 • 针对SPI接口、增强的系统级ESD性能、2.5 kVrms隔离， 推荐使用ADuM3401。 • 针 对 SPI 接 口 、 低 功 耗 、 5 . 0 k Vr ms 隔 离 ， 推 荐 使 用 ADuM4401。 • 针对SPI接口、最小封装、低压I/O(1.8 V至5.5 V)，推荐使 用ADuM3481。 • 关于其它数字隔离器选择，建议使用我们的参数搜索表 格进行筛选。 推荐电源解决方案 • 欲选择稳压器产品，请使用ADIsimPower。 • 欲选择电源监控器产品，请使用电源监控器参数搜索。 查看评估板和套件页面以了解文档和采购信息 符号和尺寸 设计协作社区 与ADI支持团队和其它设计人员就ADI产品选型在线协作。 欲浏览Twitter网站上的ADI新闻，请访问：www.twitter.com/ ADI_News 在Facebook上加我们为好友：www.facebook.com/AnalogDevicesInc 设计支持 请将支持请求提交至： 线性和数据转换器 嵌入式处理器和DSP 免费致电客户服务中心： 美洲： 欧洲： 中国： 印度： 俄罗斯： 1-800-262-5643 00800-266-822-82 4006-100-006 1800-419-0108 8-800-555-45-90 质量和可靠性 无铅(Pb)产品 封装信息 申请样片与购买 AD7903 • • • • 查看报价和封装 申请评估板 申请样片 检查库存并购买 查找本地代理商 *此页由ADI公司动态产生并插入本数据手册。 注意：此页(标记为“重要链接”)内容的动态变更不构成产品数据手册版本号的变更。 此内容可能会经常改变。 AD7903 目录 产品特性 ......................................................................................... 1 应用.................................................................................................. 1 概述.................................................................................................. 1 功能框图 ......................................................................................... 1 修订历史 ......................................................................................... 2 技术规格 ......................................................................................... 3 时序规格.................................................................................... 5 绝对最大额定值............................................................................ 6 ESD警告..................................................................................... 6 引脚配置和功能描述 ................................................................... 7 典型性能参数 ................................................................................ 8 术语................................................................................................ 13 工作原理 ....................................................................................... 14 电路信息.................................................................................. 14 转换器操作 ............................................................................. 14 典型连接图 ............................................................................. 15 模拟输入.................................................................................. 15 驱动放大器选择..................................................................... 16 单端至差分驱动器 ................................................................ 16 基准电压输入 ......................................................................... 17 电源 .......................................................................................... 17 数字接口.................................................................................. 17 CS 模式 .................................................................................... 18 链模式 ...................................................................................... 22 应用信息 ....................................................................................... 24 同步采样.................................................................................. 24 功能安全考虑 ......................................................................... 25 布局布线 ....................................................................................... 26 评估AD7903性能 ................................................................... 26 外形尺寸 ....................................................................................... 27 订购指南.................................................................................. 27 修订历史 2014年1月—修订版0至修订版A 更改增益误差温漂参数............................................................... 3 更改图12 ......................................................................................... 9 更改图17和图20 .......................................................................... 10 更改图28 ....................................................................................... 11 2013年12月—修订版0：初始版 Rev. A | Page 2 of 28 AD7903 技术规格 除非另有说明，VDD = 2.5 V，VIO = 2.3 V至5.5 V，VREF = 5 V，TA = −40°C至+125°C。 1 表2. 参数 分辨率 模拟输入 电压范围 绝对输入电压 共模输入范围 模拟输入CMRR 25°C时漏电流 输入阻抗 精度 无失码 差分非线性误差 积分非线性误差 跃迁噪声 增益误差3 增益误差温漂 增益误差匹配3 失调误差3 失调温漂 失调误差匹配3 电源灵敏度 吞吐速率 转换速率 瞬态响应 交流精度 动态范围 过采样动态范围 信噪比(SNR) 无杂散动态范围(SFDR) 总谐波失真(THD) 信纳比(SINAD) 通道间隔离 1 2 3 4 测试条件/注释 最小值 16 典型值 INx+ − INx− INx+, INx− INx+, INx− fIN = 450 kHz 采集阶段 −VREF −0.1 VREF × 0.475 VREF × 0.5 67 200 参见模拟输入部分 16 −1.0 VREF = 5 V VREF = 2.5 V VREF = 5 V VREF = 2.5 V VREF = 5 V VREF = 2.5 V TMIN至T MAX −2.0 −0.04 TMIN至T MAX TMIN至T MAX −0.5 TMIN至T MAX VDD = 2.5 V ± 5% VIO ≥ 2.3 V(85°C及以下)， VIO ≥ 3.3 V(85°C以上至125°C) 满量程阶跃 VREF = 5 V VREF = 2.5 V fOUT = 10 kSPS fIN = 1 kHz, VREF = 5 V fIN = 1 kHz, VREF = 2.5 V fIN = 1 kHz fIN = 1 kHz fIN = 1 kHz, VREF = 5 V fIN = 1 kHz, VREF = 2.5 V fIN = 10 kHz ±0.4 ±0.7 ±0.5 ±0.4 0.75 1.2 ±0.006 0.19 0.0 ±0.015 0.3 0.05 ±0.1 0 92 89 91.5 88.5 最大值 单位 位 +VREF VREF + 0.1 VREF × 0.525 V V V dB nA +1.0 +2.0 +0.04 0.025 +0.5 1.0 1 MSPS 290 ns 95.5 92.5 113.5 94 91 −115 −112 93.5 90.5 −120 在本数据手册中，VDDx、VIOx和REFx引脚的电压分别用VDD、VIO和VREF表示。 5 V输入范围时，1 LSB = 152.6 µV。2.5 V输入范围时，1 LSB = 76.3 μV。 参见术语部分。这些规格包括整个温度范围内的波动，但不包括外部基准电压源的误差贡献。 所有以分贝(dB)为单位的特性均参考满量程输入FSR。虽然这些特性均参考满量程，但测试使用的输入信号比满量程低0.5 dB，除非另有说明。 Rev. A | Page 3 of 28 位 LSB 2 LSB2 LSB2 LSB2 LSB2 LSB2 % FS ppm/°C % FS mV ppm/°C mV LSB2 dB 4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 AD7903 除非另有说明，VDD = 2.5 V，VIO = 2.3 V至5.5 V，TA = −40°C至+125°C。 1 表3. 参数 基准电压 电压范围 负载电流 采样动态性能 −3 dB输入带宽 孔径延迟 孔径延迟匹配 数字输入 逻辑电平 VIL VIH IIL IIH 数字输出 数据格式 流水线延迟 VOL VOH 电源 VDDx VIOx VIOx范围 IVDDx IVIOx 待机电流2, 3 功耗 仅VDD 仅REF 仅VIO 每次转换的能量 温度范围4 额定性能 1 2 3 4 测试条件/注释 最小值 典型值 2.4 最大值 单位 5.1 1 MSPS，VREF = 5 V，各ADC 330 V µA VDD = 2.5 V VDD = 2.5 V 10 2.0 2.0 MHz ns ns VIO > 3 V VIO ≤ 3 V VIO > 3 V VIO ≤ 3 V −0.3 −0.3 0.7 × VIO 0.9 × VIO −1 −1 +0.3 × VIO +0.1 × VVIO VIO + 0.3 VIO + 0.3 +1 +1 V V V V µA µA 0 位 样本 二进制补码 无延迟；转换完成后立即提供转换结果 ISINK = +500 µA ISOURCE = −500 µA 0.4 V V 2.625 5.5 5.5 1.6 0.45 V V V mA mA nA µW mW mW mW mW nJ/采样 VIO − 0.3 2.375 2.3 1.8 额定性能 整个范围 各ADC 各ADC VDD和VIO = 2.5 V，25°C 10 kSPS吞吐速率 1 MSPS吞吐速率量 2.5 1.4 0.2 0.35 140 12.0 7.0 3.3 1.7 7.0 TMIN至T MAX −40 在本数据手册中，VDDx、VIOx和REFx引脚的电压分别用VDD、VIO和VREF表示。 根据需要，所有数字输入强制接VIOx或地。 在采集阶段。 更宽温度范围请联系ADI公司。 Rev. A | Page 4 of 28 16 +125 °C AD7903 时序规格 除非另有说明，−40°C至+125°C，VDD = 2.37 V至2.63 V，VIO = 2.3 V至5.5 V。负载条件参见图2和图3。 表4. 参数 转换时间(CNV上升沿至数据可用) 采集时间 转换间隔时间 VIOx高于2.3 V CNVx脉冲宽度(CS模式) SCKx周期(CS模式) VIOx高于4.5 V VIOx高于3 V VIOx高于2.7 V VIOx高于2.3 V SCKx周期(链模式) VIOx高于4.5 V VIOx高于3 V VIOx高于2.7 V VIOx高于2.3 V SCKx低电平时间 SCKx高电平时间 SCKx下降沿至数据仍然有效 SCKx下降沿至数据有效延迟时间 VIOx高于4.5 V VIOx高于3 V VIOx高于2.7 V VIOx高于2.3 V CNVx或SDIx低电平至SDOx，D15 (MSB)有效(CS模式) VIOx高于3 V VIOx高于2.3 V CNVx或SDIx高电平或最后一个SCKx下降沿至SDOx高阻态(CS模式) CNVx上升沿至SDIx有效建立时间(CS模式) CNVx上升沿至SDIx有效保持时间(CS模式) CNVx上升沿至SCKx有效建立时间(链模式) CNVx上升沿至SCKx有效保持时间(链模式) SCKx下降沿至SDIx有效建立时间(链模式) SCKx下降沿至SDIx有效保持时间(链模式) SDIx高电平至SDOx高电平(链模式且有繁忙指示) 最小值 500 290 tCNVH tSCK ns ns 10.5 12 13 15 ns ns ns ns 11.5 13 14 16 4.5 4.5 3 ns ns ns ns ns ns ns tSCK tSCKL tSCKH tHSDO tDSDO tDIS tSSDICNV tHSDICNV tSSCKCNV tHSCKCNV tSSDISCK tHSDISCK tDSDOSDI 10 15 20 ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns 15 Y% VIOx1 tDELAY VIH2 VIL2 11755-002 IOH ns ns ns ns 5 2 5 5 2 3 X% VIOx1 1.4V 500µA 9.5 11 12 14 tEN IOL CL 20pF 单位 ns ns 1000 10 tDELAY TO SDOx 典型值 最大值 710 1 FOR VIH2 VIL2 VIOx ≤ 3.0V, X = 90 AND Y = 10; FOR VIOx > 3.0V, X = 70 AND Y = 30. VIH AND MAXIMUM VIL USED. SEE SPECIFICATIONS FOR DIGITAL INPUTS PARAMETER IN TABLE 3. 2 MINIMUM 图2. 数字接口时序的负载电路 图3. 时序的电平 Rev. A | Page 5 of 28 11755-003 500µA 符号 tCONV tACQ tCYC AD7903 绝对最大额定值 表5. 参数 模拟输入 INx+、INx−至GND1 电源电压 REFx、VIOx至GND VDDx至GND VDDx至VIOx 数字输入至GND 数字输出至GND 存储温度范围 结温 引脚温度 气相(60秒) 红外(15秒) 1 额定值 −0.3 V至 VREF + 0.3 V 或±10 mA −0.3 V至+6.0 V −0.3 V至+3.0 V +3 V至−6 V −0.3 V至V IO + 0.3 V −0.3 V至V IO + 0.3 V −65°C至+150°C 150°C 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性 损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其 他超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器 件能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影 响器件的可靠性。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 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。 255°C 260°C 有关INx+和INx−的解释，请参见“模拟输入”部分。 Rev. A | Page 6 of 28 AD7903 REF1 1 20 VIO1 VDD1 2 19 SDI1 IN1+ 3 18 SCK1 17 SDO1 16 CNV1 REF2 6 15 VIO2 VDD2 7 14 SDI2 IN2+ 8 13 SCK2 IN2– 9 12 SDO2 GND 10 11 CNV2 IN1– 4 GND 5 AD7903 TOP VIEW (Not to Scale) 11755-004 引脚配置和功能描述 图4. 引脚配置 表6. 引脚功能描述 引脚 编号 1, 6 引脚名称 REF1, REF2 类型1 AI 2, 7 3, 8 4, 9 5, 10 11, 16 VDD1, VDD2 IN1+, IN2+ IN1−, IN2− GND CNV2, CNV1 P AI AI P DI 12, 17 13, 18 14, 19 SDO2, SDO1 SCK2, SCK1 SDI2, SDI1 DO DI DI 15, 20 VIO2, VIO1 P 1 说明 基准输入电压。REFx范围为2.4 V至5.1 V。这些引脚参考GND引脚，应通过与之靠近的10 μF电容去耦至 GND引脚。 电源。 正向差分模拟输入。 负向差分模拟输入。 电源地。 转换输入。这些输入具有多个功能。在每次转换周期的第一个上升沿沿可启动转换并选择器件的接口 模式：链模式或低电平有效片选(CS)模式。CS模式下，CNVx引脚为低电平时SDOx引脚使能。链模式下， 数据必须在CNVx为高电平时读取。 串行数据输出。转换结果通过这些引脚输出。转换结果与SCKx同步。 串行数据时钟输入。器件被选择时，转换结果通过这些时钟移出。 串行数据输入。这些输入具有多个功能。它们按照以下方式选择ADC的接口模式：如果SDIx引脚在 CNVx上升沿期间为高电平，则选择CS模式。此模式下，SDIx或CNVx在低电平时均可使能串行输出信号。 当转换完成时，如果SDIx或CNVx为低电平，繁忙指示功能被使能。 输入/输出接口数字电源。这些引脚的标称电源与主机接口电源相同(2.5 V或3.3 V)。 AI = 模拟输入，DI = 数字输入，DO = 数字输出，P = 电源。 . Rev. A | Page 7 of 28 AD7903 典型性能参数 除非另有说明，VDD = 2.5 V，VREF = 5.0 V，VIO = 3.3 V，TA = 25°C，fSAMPLE = 1 MSPS。 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 –0.2 0 –0.2 –0.4 –0.4 –0.6 –0.6 –0.8 –0.8 16384 32768 49152 –1.0 11755-405 –1.0 65536 CODE 0 16384 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 1.0 DNL (LSB) INL (LSB) 0.8 0 –0.2 0 –0.4 –0.6 –0.6 –0.8 –0.8 49152 –1.0 11755-406 –1.0 65536 CODE POSITIVE DNL: +0.39 LSB NEGATIVE DNL: –0.39 LSB –0.2 –0.4 32768 0 16384 –40 –60 –80 –100 –80 –100 –120 –140 –140 –160 –160 0 100 200 300 FREQUENCY (kHz) 400 500 11755-407 –120 –180 65536 fSAMPLE = 1MSPS fIN = 10kHz SNR = 91.96dB THD = –110.2dB SFDR = 114.5dB SINAD = 91.91dB –20 SNR (dB) –60 SNR (dB) 0 SNR = 95.04dB THD = –117.3dB SFDR = 114.6dB SINAD = 95.02dB –40 49152 图9. 微分非线性与码的关系，VREF = 2.5 V fSAMPLE = 1MSPS fIN = 10kHz –20 32768 CODE 图6. 积分非线性与码的关系，VREF = 2.5 V 0 65536 图8. 微分非线性与码的关系，VREF = 5 V 1.0 POSITIVE INL: +0.39 LSB 0.8 NEGATIVE INL: –0.44 LSB 16384 49152 CODE 图5. 积分非线性与码的关系，VREF = 5 V 0 32768 11755-408 DNL (LSB) 0.6 0 POSITIVE DNL: +0.31 LSB NEGATIVE DNL: –0.38 LSB 0.8 11755-409 0.8 INL (LSB) 1.0 POSITIVE INL: +0.35 LSB NEGATIVE INL: –0.39 LSB 图7. FFT曲线图，VREF = 5 V –180 0 100 200 300 400 FREQUENCY (kHz) 图10. FFT曲线图，VREF = 2.5 V Rev. A | Page 8 of 28 500 11755-410 1.0 45000 45000 40000 40000 35000 35000 NUMBER OF OCCURRENCES 30000 25000 20000 15000 10000 30000 25000 20000 15000 10000 FFE1 FFE2 FFE3 FFE4 FFE5 FFE6 FFE7 FFE8 FFE9 FFEA CODES IN HEX 0 11755-411 0 FFF1 FFF2 FFF3 FFF4 FFF5 FFF6 FFF7 FFF8 FFF9 FFFA FFFB CODES IN HEX 图11. 一个直流输入的直方图(码中心)，VREF = 5 V 图14. 一个直流输入的直方图(码中心)，VREF = 2.5 V 98 40000 97 30000 96 25000 SNR (dB) 20000 15000 95 94 10000 FFD2 FFD3 FFD4 FFD5 FFD6 FFD7 FFD8 FFD9 FFDA FFDB CODES IN HEX 92 11755-412 0 –10 –9 15.5 96 13.5 THD (dB) ENOB (Bits) 14.0 84 12.0 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.25 REFERENCE VOLTAGE (V) –1 0 110 –105 105 –110 100 95 THD –120 12.5 80 –2 –100 13.0 82 –3 115 –115 86 11755-413 SNR, SINAD (dB) 14.5 88 –4 SFDR 94 90 –5 –95 15.0 92 –6 图15. SNR与输入电平的关系 16.0 SNR SINAD ENOB –7 INPUT LEVEL (dB) 图12. 一个直流输入的直方图(码转换)，VREF = 5 V 98 –8 11755-415 93 5000 –125 2.25 90 2.75 3.25 3.75 4.25 4.75 REFERENCE VOLTAGE (V) 图16. THD、SFDR与基准电压的关系 图13. SNR、SINAD和ENOB与基准电压的关系 Rev. A | Page 9 of 28 SFDR (dB) NUMBER OF OCCURRENCES 35000 100 11755-414 5000 5000 85 5.25 11755-416 NUMBER OF OCCURRENCES AD7903 AD7903 96 –80 95 –85 94 –90 92 –95 THD (dB) SINAD (dB) 93 91 90 –100 –105 89 88 –110 87 –120 10 11755-417 85 10 100 INPUT FREQUENCY (kHz) 11755-420 –115 86 100 INPUT FREQUENCY (kHz) 图17. SINAD与输入频率的关系 图20. THD与输入频率的关系 94.8 –100 94.6 –105 94.2 THD (dB) SNR (dB) 94.4 94.0 –110 –115 93.8 –120 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) –125 –55 –35 25 45 65 85 105 125 1000 图21. THD与温度的关系 1.6 1.4 TA = 25°C IVDD 1.4 1.2 1.2 CURRENT (mA) 1.0 0.8 0.6 IREF 0.4 1.0 0.8 IVDD 0.6 0.4 IVIO 0.2 0.2 2.425 2.475 2.525 VDD VOLTAGE (V) 2.575 2.625 11755-050 CURRENT (mA) 5 TEMPERATURE (°C) 图18. SNR与温度的关系 0 2.375 –15 11755-421 –35 11755-418 93.4 –55 11755-422 93.6 0 10 IVIO 100 SAMPLE RATE (kSPS) 图22. 各ADC的工作电流与采样速率的关系 图19. 各ADC的工作电流与VDD电源电压的关系 Rev. A | Page 10 of 28 AD7903 1.4 8 IVDD 7 1.2 6 CURRENT (µA) 0.8 0.6 IREF 0.4 4 3 IVDD + IVIO 2 IVIO 0.2 –35 –15 5 25 45 65 TEMPERATURE (°C) 85 105 125 0 –55 –35 0.10 0.08 0.08 0.06 0.06 OFFSET ERROR MATCH (mV) 0.04 0.02 0 –0.02 –0.04 –0.06 105 125 0.04 0.02 0 –0.02 –0.04 –0.06 –0.08 –0.08 –15 5 25 45 65 85 105 125 –0.10 –55 11755-424 –35 TEMPERATURE (°C) –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 105 125 TEMPERATURE (°C) 图27. 失调误差匹配与温度的关系 图24. 偏置误差与温度的关系 0.05 0.010 GAIN ERROR MATCH (% FS) 0.03 0.01 –0.01 –0.03 –35 –15 5 25 45 65 TEMPERATURE (°C) 85 105 125 11755-425 GAIN ERROR (% FS) 85 11755-427 OFFSET ERROR (mV) 0.10 –0.05 –55 5 25 45 65 TEMPERATURE (°C) 图26. 各ADC的关断电流与温度的关系 图23. 各ADC的工作电流与温度的关系 –0.10 –55 –15 11755-054 1 11755-053 0 –55 5 0.005 0 –0.005 –0.010 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 TEMPERATURE (°C) 图28. 增益误差匹配与温度的关系 图25. 增益误差与温度的关系 Rev. A | Page 11 of 28 11755-428 CURRENT (mA) 1.0 AD7903 –112 –114 –115 –116 –117 –118 –119 –120 –121 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 TEMPERATURE (°C) 105 125 图29. 通道间隔离与温度的关系 –114 –116 –118 –120 –122 –124 10 100 INPUT FREQUENCY (MHz) 图30. 通道间隔离与输入频率的关系 Rev. A | Page 12 of 28 11755-430 CHANNEL-TO-CHANNEL ISOLATION (dB) fIN = 10kHz –113 fSAMPLE = 1MSPS 11755-429 CHANNEL-TO-CHANNEL ISOLATION (dB) –112 AD7903 术语 积分非线性误差(INL) INL是指每个码与一条从负满量程画到正满量程的直线 偏差。用作负满量程的该点出现在第一个码跃迁之前的½ LSB 处。正满量程定义为超出最后一个码跃迁1½ LSB的一个电 平。从各码的中点到该直线的距离即为偏差。 微分非线性误差(DNL) 在一个理想ADC中，码跃迁相距1 LSB。DNL是指实际值与 此理想值的最大偏差。经常用保证无失码的分辨率来描述 这一规格。 失调误差 理想中间值电压(即0 V)与产生中间值输出码(即0 LSB)的实 际电压之差称为失调误差。 失调误差匹配 它指多通道转换器各通道间的失调之差，单位为毫伏(mV)， 通过以下方程进行计算： 无杂散动态范围(SFDR) SFDR指输入信号与峰值杂散信号的均方根幅值之差，用分 贝(dB)表示。 有效位数(ENOB) ENOB指利用正弦波输入测得的分辨率。它与SINAD的关 系可以表示为： ENOB = (SINADdB − 1.76)/6.02 ENOB用位表示。 无噪声码分辨率 无噪声码分辨率是指这样一个位数，如果超过该位数，则 无法明确无误地解析各个编码，其计算公式为： 无噪声码分辨率 = log2(2N/峰峰值噪声 ) 无噪声码分辨率用位表示。 有效分辨率 有效分辨率的计算公式如下： 失调匹配 = VOFFSETMAX − VOFFSETMIN 有效分辨率 = log2(2N/均方根输入噪声 ) 其中： VOFFSETMAX为最大正失调误差。 VOFFSETMIN为最大负失调误差。 有效分辨率用位表示。 失调匹配通常表示为毫伏(mV)，满量程范围见产品数据 手册。 增益误差 当模拟电压高于标称负满量程½ LSB时(对于±5 V范围来说， 应在−4.999981 V)，发生第一个码跃迁(从100 ... 00跃迁至 100 ... 01)。当模拟电压低于标称正满量程1½ LSB时(对于±5 V 范围来说，应在4.999943 V)，发生最后一个码跃迁(从011 … 10跃迁至011 … 11)。增益误差指最后一个跃迁的实际电平与 第一个跃迁的实际电平之差与二者的理想电平之差的偏差。 增益误差匹配 它指多通道ADC的最大满量程与最小满量程之比，表示为 满量程的百分比，通过以下方程计算： Gain Matching 其中： FSRMAX为ADC的最大正增益误差。 FSRMIN为最大负增益误差。 总谐波失真(THD) THD指前五个谐波成分的均方根和与满量程输入信号的均 方根值之比，用分贝(dB)表示。 动态范围 动态范围指满量程的均方根值与输入短接在一起时测得的 总均方根噪声之比，用分贝(dB)表示。它使用−60 dBFS下 的信号测得，因此包括所有噪声源和DNL伪像。 信噪比(SNR) SNR指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下除谐 波和直流以外所有其它频谱成分的均方根和之比，用分贝 (dB)表示。 信纳比(SINAD) SINAD指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下包 括谐波但直流除外的所有其它频谱成分的均方根和之比， 用分贝(dB)表示。 孔径延迟 孔径延迟衡量采集性能，指从CNVx输入的上升沿到输入 信号被保持并可进行转换的时间。 瞬态响应 瞬态响应是指施加满量程阶跃信号之后，ADC对输入进行 精确采集所需的时间。 Rev. A | Page 13 of 28 AD7903 工作原理 INx+ MSB LSB 32,768C 16,384C 4C 2C C SWITCHES CONTROL SWx+ C BUSY REFx CONTROL LOGIC COMP GND 32,768C 16,384C 4C 2C C OUTPUT CODE C LSB SWx– CNVx 11755-011 MSB INx– 图31. ADC原理示意图 AD7903每秒能够同时转换1,000,000个样本(1 MSPS)，两次转 换之间器件关断。例如，以10 kSPS速率工作时，每个ADC典 型功耗为70 µW，因此它非常适合电池供电的应用。 AD7903为用户提供片内采样保持功能，没有任何流水线延 迟，堪称多通道复用应用的理想之选。 AD7903可与任何1.8 V至5 V数字逻辑系列接口，采用20引脚 QSOP封装，配置灵活。 AD7903具有一个片上转换时钟用于转换过程，转换过程不 需要串行时钟SCKx。 传递函数 AD7903的理想传递特性如图32和表7所示。 该器件与伪差分16位ADC AD7902引脚兼容。 转换器操作 AD7903是一款基于电荷再分配DAC的双通道逐次逼近型 ADC。图31显示了该ADC的简化电路图。容性DAC包含两 个完全相同的16位二进制加权电容阵列，分别连接到比较 器的两个输入端。 在各ADC的采集阶段，与比较器输入端相连的阵列端子通 过SWx+和SWx-连接到GND。所有独立开关都连接到模拟 输入端。因此，电容阵列用作采样电容，采集INx+和INx− 输入端的模拟信号。当采集阶段完成且CNVx输入变为高 电平时，就会启动转换阶段。当转换阶段开始时，SWx+ 和SWx-首先断开。然后，两个电容阵列从输入端断开，并 连接到GND输入端。因此，采集阶段结束时捕获的INx+和 INx−输入之间的差分电压施加于比较器输入端，导致比较 器不平衡。通过在GND与REFx之间切换电容阵列的各元 011...111 011...110 011...101 100...010 100...001 100...000 –FSR –FSR + 1 LSB –FSR + 0.5 LSB +FSR – 1 LSB +FSR – 1.5 LSB ANALOG INPUT 图32. ADC理想传递函数 表7. 输出码和理想输入电压 说明 FSR − 1 LSB 中间电平 + 1 LSB 中间电平 中间电平− 1 LSB −FSR + 1 LSB −FSR 1 2 模拟输入， VREF = 5 V +4.999962 V +38.15 µV 0V −38.15 µV −4.999962 V −5 V 数字输出码 (十六进制) 0x7FFF1 0x0001 0x0000 0xFFFF 0x8001 0x80002 这也是超量程模拟输入(VIN+ − VIN−高于VREF − VGND)对应的编码。 这也是欠量程模拟输入(VIN+ − VIN−低于VGND)对应的编码。 Rev. A | Page 14 of 28 11755-112 AD7903是一款快速、低功耗、精密、双通道16位ADC， 使用逐次逼近型架构。 件 ， 比 较 器 输 入 将 按 照 二 进 制 加 权 电 压 步 进 (V REF /2、 VREF/4 ... VREF/65,536)变化。控制逻辑从MSB开始切换这些 开关，以便使比较器重新回到平衡状态。完成此过程后， 器件返回采集阶段，而控制逻辑将产生ADC输出码和繁忙 信号指示。 ADC CODE (TWOS COMPLEMENT) 电路信息 AD7903 90 典型连接图 图35所示的例子为采用多个电源时AD7903的建议连接图。 85 模拟输入 80 CMRR (dB) 图33显示了AD7903输入结构的等效电路。 两个二极管D1和D2为模拟输入INx+和INx−提供ESD保 护。模拟输入信号不能比基准输入电压(VREF)高0.3 V以上。 如果模拟输入信号超过这一水平，二极管将呈正偏并开始 传导电流。这些二极管可以处理最高130 mA的正偏电流。 然 而 ， 如 果 输 入 缓 冲 器 的 供 电 电 压 (例 如 图 35所 示 的 ADA4841-1的供电电压)与VREF的供电电压不同，则模拟输 入信号最终可能比基准电源电压高0.3 V以上。此时，如果输 入缓冲器发生短路等情况，可利用限流功能保护器件。 70 60 1k D1 D2 该模拟输入结构支持INx+和INx−之间差分信号的采样。借 助这些差分输入，可以抑制两个输入端的共模信号(须在共 模输入范围以内)。 当驱动电路的源阻抗较低时，可以直接驱动AD7903。高源 阻抗会显著影响交流特性，特别是THD。直流特性对输入 阻抗的敏感度相对较低。最大的源阻抗取决于可容许的总 谐波失真(THD)。THD性能下降程度是源阻抗和最大输入 频率的函数。 REF1 2.5V 100nF 10µF2 V+ 1.8V TO 5V 100nF 20Ω 0V TO VREF REFx 2.7nF V– VDDx INx+ VIOx SDIx 4 SCKx AD7903 ADCx V+ INx– 20Ω VREF TO 0V ADA4841-1 3 V– 10M 在采样阶段，开关闭合时，输入阻抗受限于CPIN。RIN和CIN 构成一个单极低通滤波器，可以降低不良混叠效应并限制 噪声。 图33. 等效模拟输入电路 V+ 1M 在采集阶段，模拟输入(INx+或INx−)的阻抗可以看成是由 RIN和CIN串联构成的网络与电容CPIN的并联组合。CPIN主要 包括引脚电容。RIN典型值为400 Ω，是由串联电阻与开关的导 通电阻构成的集总元件。CIN典型值为30 pF，主要包括ADC 采样电容。 11755-114 CPIN GND 100k FREQUENCY (Hz) 图34. 模拟输入CMRR与频率的关系 CIN RIN 10k 11755-040 65 REFx INx+ OR INx– 75 GND SDOx 3-WIRE INTERFACE CNVx 2.7nF 4 SEE RECOMMENDED LAYOUT IN FIGURE 54. 3 SEE THE DRIVER AMPLIFIER CHOICE SECTION. 4 OPTIONAL FILTER. SEE THE ANALOG INPUTS SECTION. 图35. 采用多个电源的典型应用电路 Rev. A | Page 15 of 28 11755-013 1 SEE THE VOLTAGE REFERENCE INPUT SECTION FOR REFERENCE SELECTION. 2C REF IS USUALLY A 10µF CERAMIC CAPACITOR (X5R). AD7903 驱动放大器选择 表8. 推荐的驱动放大器 虽然AD7903很容易驱动，但驱动放大器必须满足下列要求： 放大器 ADA4941-1 ADA4841-x AD8021 AD8022 OP184 AD8655 AD8605, AD8615 • 驱动放大器所产生的噪声必须足够低，以保持AD7903 的SNR和转换噪声性能。来自驱动器的噪声由RIN和 CIN所构成的AD7903模拟输入电路单极低通滤波器进行 滤波，或者由外部滤波器(如有)进行滤波。AD7903的典 型噪声为40 µV rms，因此放大器引起的SNR性能降低为： SNRLOSS 40 = 20 log π 2 2 40 + f − 3dB (NeN ) 2 单端至差分驱动器 对于使用单端模拟信号(双极性或单极性)的应用，单端至 差分驱动器ADA4941-1可以为该器件提供差分输入，原理 图见图36。 其中： f−3dB为AD7903的输入带宽(10 MHz)，单位为兆赫，或者是 输入滤波器(如有)的截止频率。 N为放大器的噪声增益(例如，缓冲器配置时增益为1； 参见图35)。 eN为运算放大器的等效输入噪声电压，单位为nV/√Hz。 R1和R2设置输入范围与ADC范围(V REF )之间的衰减比。 R1、R2和CF根据所需的输入电阻、信号带宽、抗混叠和 噪声贡献进行选择。例如，对于±10 V范围和4 kΩ阻抗，R1 = 4 kΩ，R2 = 1 kΩ。 R3和R4设置ADC的INx−输入的共模电压，R5和R6设置 ADC的INx+输入的共模电压。共模电压必须接近VREF/2。 例如，对于使用单电源的±10 V范围，R3 = 8.45 kΩ，R4 = 11.8 kΩ，R5 = 10.5 kΩ，R6 = 9.76 kΩ。 • 对于交流应用，驱动器的THD性能必须与AD7903相当。 • 对于多通道、多路复用应用，驱动放大器和AD7903模 拟输入电路必须使电容阵列以16位水平(0.0015%，15 ppm) 建立满量程阶跃。在放大器的数据手册中，更常见的是 规定0.1%至0.01%的建立时间。这可能与16位水平的建 立时间显著不同，因此选择驱动器之前务必进行验证。 R5 R6 R3 R4 +5V REF 10µF +5.2V 100nF REF OUTN 20Ω 2.7nF 2.7nF OUTP 100nF 典型应用 极低噪声、低功耗、单端至差分 极低噪声、小尺寸、低功耗 极低噪声、高频 低噪声、高频 低功耗、低噪声、低频 5 V单电源、低噪声 5 V单电源、低功耗 20Ω IN +2.5V REFx INx+ VDDx AD7903 ADCx INx– GND FB ADA4941-1 R1 –0.2V R2 11755-115 ±10V, ±5V, .. CF 图36. 单端至差分驱动器电路 Rev. A | Page 16 of 28 AD7903 10 利用极低阻抗源(例如使用AD8031或AD8605的基准电压缓 冲器)驱动REF时，10 µF(X5R，0805尺寸)陶瓷芯片电容可实 现最佳性能。 如果使用无缓冲基准电压，去耦值取决于所使用的基准电 压源。例如，使用低温漂基准电压源ADR43x时，22 μF(X5R， 1206尺寸)陶瓷芯片电容可实现最佳性能。 电源 AD7903每个ADC使用两个电源引脚：内核电源(VDDx)和 数字输入/输出接口电源(VIOx)。VIOx可以与1.8 V至5.5 V的 任何逻辑直接接口。为减少所需的电源数，VIOx和VDDx 引脚可以连在一起。AD7903中VIOx和VDDx的电源时序无 关。此外，该器件在很宽的频率范围内对电源变化非常不 敏感，如图37所示。 95 90 PSRR (dB) IREF 0.1 IVIO 0.01 100000 SAMPLING RATE (SPS) 1000000 图38. 每个ADC的工作电流与采样速率的关系 数字接口 尽管引脚数很少，AD7903在串行接口模式上仍具有灵活性。 CS模式下，AD7903与SPI、QSPI、数字主机和DSP兼容。 此模式下，AD7903可使用三线式或四线式接口。三线式接 口使用CNVx、SCKx和SDOx信号，可将线路连接减至最 少 ， 在 隔 离 应 用 中 非 常 有 用 。 四 线 式 接 口 使 用 SDIx、 CNVx、SCKx和SDOx信号，用于启动转换的CNVx与回读 时序(SDIx)无关，这在低抖动采样或同步采样应用中很有用。 链模式下，AD7903提供菊花链特性，利用SDIx输入可在类 似 移 位 寄 存 器 的 单 条 数 据 线 上 实 现 多 个 ADC的 级 联 。 AD7903一个封装中包含两个ADC，使用链模式时，仅需 一组四线式用户接口信号便可从两个ADC获取数据。 器件的工作模式取决于CNVx上升沿时的SDIx电平。如果 SDIx为高电平，则选择CS模式；如果SDIx为低电平，则选 择链模式。SDIx保持时间是这样的：当SDIx和CNVx连接 在一起时，始终选择链模式。 85 80 75 任一模式下，AD7903均提供在数据位前强制加入起始位的 选项。此起始位可用作繁忙信号指示，以中断数字主机并 触发数据读取。如果无繁忙指示，用户必须在回读前等待 最大转换时间。 70 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M 11755-139 65 60 1k IVDD 0.001 10000 如果需要，可以使用低至2.2 µF的基准电压去耦电容，它对 性能(特别是DNL)的影响极小。 无论如何，REFx与GND引脚之间不需要额外的低值陶瓷 去耦电容(如100 nF)。 1 11755-137 AD7903基准电压输入REF具有动态输入阻抗，因此必须利 用低阻抗源驱动，REFx与GND引脚之间应有效去耦，如“ 布局布线”部分所述。 OPERATING CURRENTS (mA) 基准电压输入 繁忙指示功能在下列情况下使能： 图37. PSRR与频率的关系 为确保最佳性能，VDDx应大致为基准输入电压REFx的一 半。例如，如果REFx为5.0 V，VDDx应设置为2.5 V (±5%)。 AD7903在每个转换阶段结束时自动关断，因此功耗与采样 速率成线性比例关系。这使得该器件非常适合低采样速率 (甚至几赫兹)和电池供电的应用。 • CS模式下，如果ADC转换结束时CNVx或SDIx为低电平 (参见图42和图46)。 • 链模式下，如果CNVx上升沿期间SCKx为高电平(参见 图50)。 Rev. A | Page 17 of 28 AD7903 CS 模式 不过，为避免生成繁忙信号指示，在最小转换时间逝去之 前，CNVx必须返回高电平，接着在最大转换时间内保持 高电平。转换完成后，AD7903进入采集阶段并关断。 CNVx变为低电平时，MSB自动输出至SDOx。剩余数据位 在随后的SCKx下降沿逐个输出。数据在SCKx的上升沿和 下降沿均有效。虽然上升沿可以用于捕捉数据，但使用 SCKx下降沿的数字主机能实现更快的读取速率，只要它具 有合理的保持时间。在第16个SCKx下降沿之后，或者当 CNVx变为高电平时(以最先出现者为准)，SDOx返回高 阻态。 CS 模式(三线式接口且无繁忙指示) 将单个AD7903连接到兼容SPI的数字主机时，通常会使用 此模式。 连接图如图39所示，相应的时序图如图40所示。 将SDIx连接到VIOx时，CNVx上的上升沿启动转换，选择 CS模式，并强制SDOx进入高阻态。启动转换后，无论 CNVx为何状态，转换都会执行到完成为止。这是很有用 的，例如，可拉低CNVx来选择模拟多路复用器等其它SPI 器件。 CONVERT DIGITAL HOST CNVx VIOx SDIx AD7903 DATA IN SDOx 11755-116 SCKx CLK 图39. CS模式(三线式接口且无繁忙指示)连接图(SDIx高电平) SDIx = 1 tCYC tCNVH CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL 2 3 14 tHSDO 16 tSCKH tEN SDOx 15 tDSDO D15 D14 D13 tDIS D1 D0 图40. CS模式(三线式接口且无繁忙指示)串行接口时序(SDIx高电平) Rev. A | Page 18 of 28 11755-216 1 SCKx AD7903 CS 模式(三线式接口且有繁忙指示) 转换完成时，SDO从高阻态变为低阻态。结合SDOx线路 上的上拉，此转换可用作中断信号，以启动由数字主机控 制的数据读取。AD7903接着进入采集阶段并关断。数据位 则 在 随 后 的 SCKx下 降 沿 逐 个 输 出 ， MSB优 先 。 数 据 在 SCKx的上升沿和下降沿均有效。虽然上升沿可以用于捕捉 数据，但使用SCKx下降沿的数字主机能实现更快的读取速 率，只要它具有合理的保持时间。在可选的第17个SCKx下 降沿之后，或者当CNVx变为高电平时(以最先出现者为 准)，SDOx返回高阻态。 将单个AD7903连接到兼容SPI且具有中断输入的数字主机 时，通常会使用此模式。 连接图如图41所示，相应的时序如图42所示。 将SDIx连接到VIOx时，CNVx上的上升沿启动转换，选择 CS模式，并强制SDOx进入高阻态。无论CNVx状态如何， SDOx都会保持高阻态，直至转换完成。最小转换时间之 前，CNVx可用于选择其它SPI器件，如模拟多路复用器， 但CNVx必须在最小转换时间逝去前返回低电平，接着在 最大可能转换时间内保持低电平，以保证生成繁忙信号 指示。 如果同时选择多个ADC，SDOx输出引脚可在不造成损坏 或引起闩锁的情况下处理此竞争。同时，建议此竞争时间 尽可能短暂，以限制额外功耗。 CONVERT VIOx CNVx SDIx AD7903 DIGITAL HOST 47kΩ DATA IN SDOx IRQ SCKx 11755-118 VIOx CLK 图41. CS模式(三线式接口且有繁忙指示)连接图(SDIx高电平) SDIx = 1 tCYC tCNVH CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL 1 2 3 15 tHSDO 16 17 tSCKH tDIS tDSDO SDOx D15 D14 D1 图42. CS模式(三线式接口且有繁忙指示)串行接口时序(SDIx高电平) Rev. A | Page 19 of 28 D0 11755-218 SCKx AD7903 CS 模式(四线式接口且无繁忙指示) 可能转换时间内保持高电平，以避免生成繁忙信号指示。 转换完成后，AD7903进入采集阶段并关断。每个ADC结 果可通过将相应的SDIx输入拉低来读取，从而将MSB输出 至SDOx。剩余数据位则在随后的SCKx下降沿逐个输出。 数据在SCKx的上升沿和下降沿均有效。虽然上升沿可以用 于捕捉数据，但使用SCKx下降沿的数字主机能实现更快的 读取速率，只要它具有合理的保持时间。在第16个SCKx下 降沿之后，或者当SDIx变为高电平时(以最先出现者为 准)，SDOx返回高阻态，可读取另一个ADC结果。 将AD7903的两个ADC均连接到兼容SPI的数字主机时，通 常会使用此模式。 AD7903连接图示例参见图43。相应的时序图参见图44。 将SDIx置为高电平时，CNVx上的上升沿启动转换，选择 CS模式，并强制SDOx进入高阻态。此模式下，CNVx在转 换阶段和随后的数据回读期间保持高电平。(当SDIx和 CNVx为低电平时，SDOx变为低电平。)在最小转换时间之 前，SDIx可用于选择其它SPI器件，如模拟多路复用器，但 SDIx必须在最小转换时间逝去前返回高电平，接着在最大 CS2 CS1 CONVERT CNV1 AD7903 SDO1 SDI2 ADC1 AD7903 DIGITAL HOST SDO2 ADC2 SCK1 SCK2 11755-120 SDI1 CNV2 DATA IN CLK 图43. CS模式(四线式接口且无繁忙指示)连接图 tCYC CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSSDICNV SDI1 (CS1) tHSDICNV SDI2 (CS2) tSCK tSCKL 1 tEN SDOx 2 3 14 tHSDO tDSDO D115 D114 D113 15 16 17 18 30 31 32 tSCKH tDIS D11 D10 D215 D214 图44. CS模式(四线式接口且无繁忙指示)串行接口时序 Rev. A | Page 20 of 28 D 21 D20 11755-220 SCKx AD7903 CS 模式(四线式接口且有繁忙指示) SDIx可用于选择其它SPI器件，如模拟多路复用器，但SDIx 必须在最小转换时间逝去前返回低电平，接着在最大可能 转换时间内保持低电平，以保证生成繁忙信号指示。转换 完成时，SDOx从高阻态变为低阻态。结合SDOx线路上的 上拉，此转换可用作中断信号，以启动由数字主机控制的 数据回读。AD7903接着进入采集阶段并关断。数据位则在 随后的SCKx下降沿逐个输出，MSB优先。数据在SCKx的 上升沿和下降沿均有效。虽然上升沿可以用于捕捉数据， 但使用SCKx下降沿的数字主机能实现更快的读取速率，只 要它具有合理的保持时间。在可选的第17个SCKx下降沿或 者SDIx变为高电平之后(以最先出现者为准)，SDOx返回高 阻态。 将AD7903连接到兼容SPI且具有中断输入的数字主机时， 通常会使用此模式。当希望用于对模拟输入进行采样的 CNVx与用于选择数据读取的信号无关时，也会使用这种 CS模式。该独立性在需要CNVx低抖动的应用中尤其重要。 连接图如图45所示，相应的时序如图46所示。 将SDIx置为高电平时，CNVx上的上升沿启动转换，选择 CS模式，并强制SDOx进入高阻态。此模式下，CNVx在转 换阶段和随后的数据回读期间保持高电平。(SDIx和CNVx 为低电平时，SDOx变为低电平。)最小转换时间之前， CS1 CONVERT VIOx CNVx AD7903 DATA IN SDOx IRQ SCKx 11755-122 SDIx DIGITAL HOST 47kΩ CLK 图45. CS模式(四线式接口且有繁忙指示)连接图 tCYC CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSSDICNV SDIx tSCK tHSDICNV tSCKL 2 3 15 tHSDO 16 17 tSCKH tDIS tDSDO SDOx tEN D15 D14 图46. CS模式(四线式接口且有繁忙指示)串行接口时序 Rev. A | Page 21 of 28 D1 D0 11755-222 1 SCKx AD7903 据 回 读 期 间 保 持 高 电 平 。 转 换 完 成 后 ， MSB输 出 至 SDOx，AD7903进入采集阶段并关断。存储在内部移位寄 存器中的剩余数据位则在随后的SCKx下降沿逐个输出。对 于每个ADC，SDIx馈入内部移位寄存器的输入端，并通过 SCKx下降沿逐个输出。链内每个ADC首先输出数据MSB， 回读N个ADC需要16 x N个时钟。数据在SCKx的上升沿和 下降沿均有效。虽然上升沿可以用于捕捉数据，但使用 SCKx下降沿的数字主机能实现更快的读取速率，从而在链 中容纳更多AD7903器件，只要数字主机具有合理的保持时 间。最大转换速率可因总回读时间而降低。 链模式 链模式(无繁忙指示) 此模式可用于在三线式串行接口上以菊花链形式连接 AD7903中的两个ADC。这一特性有助于减少器件数量和 线路连接；例如在隔离式多转换器应用或接口能力有限的 系统中。数据回读与读取移位寄存器相似。 使用AD7903中两个ADC的连接图示例如图47所示，相应 的时序如图48所示。 SDIx和CNVx为低电平时，SDOx变为低电平。将SCKx置为 低电平时，CNVx上的上升沿启动转换，选择链模式，并 禁用繁忙指示。此模式下，CNVx在转换阶段和随后的数 CONVERT CNV2 AD7903 ADC1 SDO1 SDI2 SCK1 ADC2 DIGITAL HOST SDO2 DATA IN SCK2 11755-124 SDI1 CNV1 AD7903 CLK 图47. 链模式(无繁忙指示)连接图 SDI1 = 0 tCYC CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL tSSCKCNV SCKx 1 2 3 tSSDISCK tHSCKCNV D115 D114 15 D113 16 17 18 30 31 32 D11 D10 tSCKH tHSDISCK tEN SDO1 = SDI2 14 D 11 D 10 D21 D20 tHSDO SDO2 D214 D213 D115 图48. 链模式(无繁忙指示)串行接口时序 Rev. A | Page 22 of 28 D114 11755-224 tDSDO D215 AD7903 链模式(有繁忙指示) 将最靠近数字主机的ADC的SDOx引脚(参见图49的AD7903 B框中标示为ADCx的ADC)驱动为高电平。SDOx上的这一 转换可用作繁忙指示，以触发由数字主机控制的数据回 读。AD7903接着进入采集阶段并关断。存储在内部移位寄 存器中的剩余数据位则在随后的SCKx下降沿以MSB优先方 式逐个输出。对于每个ADC，SDIx馈入内部移位寄存器的 输入端，并通过SCKx下降沿逐个输出。链内每个ADC首 先输出数据MSB，回读N个ADC需要16 x N + 1个时钟。虽 然上升沿可以用于捕捉数据，但使用SCKx下降沿的数字主 机能实现更快的读取速率，从而在链中容纳更多ADC，只 要数字主机具有合理的保持时间。 此模式也可用于在三线式串行接口上以菊花链形式连接 AD7903中的两个ADC，同时提供繁忙指示。这一特性有 助于减少器件数量和线路连接；例如在隔离式多转换器应 用或接口能力有限的系统中。数据回读与读取移位寄存器 相似。 使用三个AD7903 ADC的连接图示例如图49所示，相应的时 序如图50所示。 SDIx和CNVx为低电平时，SDOx变为低电平。将SCKx置为 高电平时，CNVx上的上升沿启动转换，选择链模式，并 启用繁忙指示功能。此模式下，CNVx在转换阶段和随后 的数据回读期间保持高电平。链内所有ADC完成转换后， CONVERT SDI1A CNVx CNVx CNVx AD7903 AD7903 AD7903 ADC1 SDO1A SDI2A ADC2 SDO2A SDIxB SCKx SCKx DIGITAL HOST ADCx SDOxB DATA IN SCKx IRQ CLK AD7903 A AD7903 B 11755-126 NOTES 1. DASHED LINE DENOTED ADCs ARE WITHIN A GIVEN PACKAGE. 2. SDI1A AND SDO1A REFER TO THE SDI1 AND SDO1 PINS IN ADC1 IN THE FIRST AD7903 OF THE CHAIN (AD7903 A). SDI2A AND SDO2A REFER TO THE SDI2 AND SDO2 PINS IN ADC2 OF AD7903 A. LIKEWISE, SDIxB AND SDOxB REFER TO THE SDIx AND SDOx PINS IN BOTH ADC1 AND ADC2 OF THE SECOND AD7903 IN THE CHAIN (AD7903 B) 图49. 链模式(有繁忙指示)连接图 tCYC CNVx = SDI1A ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKH SCKx 1 tHSCKCNV 2 3 15 16 18 19 31 32 33 34 35 DA115 DA114 DA113 DA11 47 48 DA10 tDSDOSDI tDSDO DA215 DA214 DA213 DA21 DA20 DA115 DA114 DA11 DA10 DBx15 DBx14 DBx13 DBx1 DBx0 DA215 DA214 DA21 DA20 tDSDOSDI SDOxB 49 tDSDOSDI tHSDISCK tHSDO tDSDOSDI 17 tSCKL tEN SDO1A = SDI2A SDO2A = SDIxB 4 tSSDISCK tDSDODSI 图50. 链模式(有繁忙指示)串行接口时序 Rev. A | Page 23 of 28 DA115 DA114 DA11 DA10 11755-226 tSSCKCNV AD7903 应用信息 同步采样 对于需要同步采样但数字主机上的引脚有限的应用， AD7903的两个用户接口可以连接成图47或图49所示的菊花 链配置。利用这种菊花链，用户可以实现同步采样，与此 同时只需要一个数字主机输入引脚。这种情形下，从ADC 获取数据需要31或32个SCKx下降沿(取决于繁忙指示的状态)。 AD7903具有两个独特的用户接口，用户可以非常灵活地从 器件访问转换结果。AD7903允许这两个用户接口共享数字 主机的转换开始(CNVx)信号，从而形成一个双通道同步采 样器件。在控制之类的应用中，采样时刻与结果在数字主 机中可用之间的延迟时间很关键，建议按照图51所示配置 AD7903。除同步采样外，这种配置还允许同步读取数据。 然而，这种配置同时要求数字主机上有一个额外数据输入 引脚。这种情形下，吞吐速率可以达到最大，因为从ADC 获取数据只需要15或16个SCKx下降沿(取决于繁忙指示的 状态)。 图51显示了一个同步采样系统的例子，其中数字主机有两 个数据输入引脚。图52为相应的时序图，显示的是CS模 式——无繁忙指示的三线式同步采样串行接口。不过，任 何三线式或四线式串行接口时序选项都可以使用。 CONVERT SDI1 AD7903 ADC1 CNV2 VIO2 SDO1 SDI2 AD7903 SCK1 ADC2 DIGITAL HOST SDO2 DATA IN 2 DATA IN 1 SCK2 11755-324 CNV1 VIO1 CLK 图51. 可能的同步采样连接图 SDIx = 1 tCYC tCNVH CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL 2 3 14 tHSDO 15 16 tSCKH tEN tDSDO tDIS SDO1 D15 D14 D13 D1 D0 SDO2 D15 D14 D13 D1 D0 图52. 可能的同步采样串行接口时序 Rev. A | Page 24 of 28 11755-316 1 SCKx AD7903 功能安全考虑 AD7903内置两个物理上隔离的ADC，非常适合功能安全 应用。由于这一隔离，每个ADC都有一个独立的用户接口、 一个独立的基准输入、一个独立的模拟输入和独立的电源。 物理隔离使该器件适合进行验证/备用测量，在测量的同时 可将验证ADC与受控系统隔开。 ADC测量的信号链有助于实现无单一误差的系统。图53显 示了一个包含冗余测量的典型功能安全应用电路，其中利 用了对反转信号的监控。该反转用来检测常见原因引起的 故障，即在故障状况下，电路输出在同一方向上移动，而 不是像预期那样在相反方向上移动。 此外，容纳该器件的QSOP封装允许对引脚进行检测。 虽然“同步采样”部分说明了器件如何以同步方式工作，但 该电路实际上由两个独立的信号链组成。这种分离使得 AD7903非常适合用来处理冗余测量应用。采样具有冗余 REF = 2.5V TO 5V 2.5V REF IN1+ ADC1 ±10V, ±5V, ... PHYSICALLY ISOLATED ADCs IN1– ADA4941-1 IN2+ ADC2 IN2– GND 图53. 典型功能安全框图 Rev. A | Page 25 of 28 VDD1 VDD2 VIO1 VIO1 SDI1 SDI1 SCK1 SCK1 CNV1 CNV1 SDO1 SDO1 VIO2 VIO2 SDI2 SDI2 SCK2 SCK2 CNV2 CNV2 SDO2 SDO2 AD7903 11755-146 REF1 REF2 ADA4941-1 AD7903 布局布线 AD7903所在的印刷电路板应采用模拟部分与数字部分分离 设计，并限制在电路板的一定区域内。AD7903的模拟信号 位于左侧，数字信号位于右侧，这种引脚排列可以简化 设计。 AD7903基准电压输入引脚REF1和REF2具有动态输入阻 抗。去耦这些基准输入时，为使寄生电感最小，应将基准 电压源的去耦陶瓷电容靠近(理想情况是正对)REFx和GND 引脚放置，并用较宽的低阻抗走线进行连接。 避免在器件下方布设数字线路，否则会将噪声耦合至芯片 管芯，除非在AD7903下方铺一个接地层用作屏蔽。不要在 模拟信号路径附近运行快速开关信号(如CNVx或时钟)。避 免数字信号与模拟信号交叠。为避免发生信号保真问题， 务必确保PCB布局中的数字边沿具有单调性。 最后，用通常为100 nF的陶瓷电容去耦电源VDDx和VIOx。 电容应靠近AD7903，并使用短而宽的走线进行连接，以提 供低阻抗路径并降低电源线上的毛刺效应。 图54为遵循这些规则的一个布局示例。 评估AD7903性能 至少使用一个接地层。数字和模拟部分可以共用或分割使 用接地层。后一情况中，接地层应在AD7903器件下方连接。 GND 用户指南UG-609中给出了AD7903的其它推荐布局布线。 评估板(EVAL-AD7903SDZ)套件包括装配完善且经过测试 的评估板、用户指南以及用于从PC通过EVAL-SDP-CB1Z控 制评估板的软件。 REF VDD VIO GND GND REF REF1 VIO1 VDD1 SDI1 IN1+ SCK1 IN1– GND REF REF2 SDO1 CNV1 GND VIO2 VDD2 SDI2 IN2+ SCK2 IN2– SDO2 GND CNV2 VIO VDD GND 图54. AD7903的布局布线示例(顶层) Rev. A | Page 26 of 28 11755-147 GND AD7903 外形尺寸 0.345 (8.76) 0.341 (8.66) 0.337 (8.55) 20 11 1 10 0.010 (0.25) 0.006 (0.15) 0.069 (1.75) 0.053 (1.35) 0.065 (1.65) 0.049 (1.25) 0.010 (0.25) 0.004 (0.10) COPLANARITY 0.004 (0.10) 0.158 (4.01) 0.154 (3.91) 0.150 (3.81) 0.244 (6.20) 0.236 (5.99) 0.228 (5.79) 0.025 (0.64) BSC 0.012 (0.30) 0.008 (0.20) SEATING PLANE 8° 0° 0.020 (0.51) 0.010 (0.25) 0.050 (1.27) 0.016 (0.41) 0.041 (1.04) REF 08-19-2008-A COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-137-AD CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN INCHES; MILLIMETER DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF INCH EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. 图55. 20引脚紧缩小型封装[QSOP] (RQ-20) 尺寸单位：inch和(mm) 订购指南 型号1 AD7903BRQZ AD7903BRQZ-RL7 EVAL-AD7903SDZ EVAL-SDP-CB1Z 1 温度范围 −40°C至+125°C −40°C至+125°C 封装描述 20引脚紧缩小型封装(QSOP) 20引脚紧缩小型封装(QSOP) 评估板 控制板 Z = 符合RoHS标准的器件。 Rev. A | Page 27 of 28 封装选项 RQ-20 RQ-20 订购数量 卷带，56 卷盘，1,000 AD7903 注释 ©2013–2014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D11755sc-0-1/14(A) Rev. A | Page 28 of 28