采用MSOP/LFCSP (QFN) 封装的16位低功耗PulSAR ADC AD7988-1/AD7988-5 产品特性 概述 低功耗 AD7988-5：3.5 mW (500 kSPS) AD7988-1：700 μW (100 kSPS) 16位分辨率、无失码 吞吐速率：100 kSPS/500 kSPS可选 INL：±0.6 LSB(典型值)，±1.25 LSB(最大值) SINAD：91.5 dB (10 kHz) THD：-114 dB (10 kHz) 伪差分模拟输入范围 0 V至VREF(VREF在2.5 V至5.5 V之间) 任意输入范围，可利用ADA4841-1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 SPI/QSPI/MICROWIRE™/DSP兼容串行接口 以菊花链形式连接多个ADC 10引脚MSOP和10引脚3 mm × 3 mm LFCSP (QFN)(SOT-23尺 寸)封装 宽工作温度范围：−40°C至+125°C AD7988-1/AD7988-5是 16位 、 逐 次 逼 近 型 模 数 转 换 器 (ADC)，采用单电源VDD供电。AD7988-1提供100 kSPS吞吐 量，AD7988-5提供500 kSPS吞吐量。两者均为采用多功能串 行接口端口的低功耗、16位采样ADC。在CNV上升沿，器 件对IN+与IN-之间的模拟输入电压差进行采样，范围从0 V至 V REF。基准电压(REF)由外部提供，并且可以独立于电源电 压(VDD)。 SPI兼容串行接口还能够利用SDI输入，通过一组三线式总 线将几个ADC以菊花链形式连结起来。它采用独立电源 VIO，兼容1.8 V、2.5 V、3 V和5 V逻辑。 AD7988-1/AD7988-5采用10引脚MSOP封装或10引脚LFCSP (QFN)封装，工作温度范围为-40℃至+125°C。 表1. MSOP、LFCSP (QFN) 14/16/18位PulSAR® ADC 应用 电池供电设备 低功耗数据采集系统 便携式医疗仪器 自动测试设备 数据采集 通信 400 kSPS 至 500 kSPS AD76902 位数 18 1 100 kSPS 250 kSPS AD7691 2 161 AD7684 AD76872 16 3 AD7680 AD7683 AD7988-12 AD7940 AD76852 AD7694 AD76882 AD76932 AD76862 AD7988-52 AD79422 AD79462 143 1 2 3 ≥1000 kSPS AD79822 AD79842 AD79802 ADC驱动器 ADA4941-1 ADA4841-1 ADA4941-1 ADA4841-1 ADA4841-1 ADA4841-1 ADA4841-1 ADA4841-1 真差分。 引脚兼容。 伪差分。 典型应用图 2.5V TO 5V REF 2.5V VDD VIO 0V TO VREF IN– AD7988-1/ AD7988-5 SCK SDO GND CNV 3- OR 4-WIRE INTERFACE (SPI, DAISY CHAIN, CS) 10231-001 IN+ 1.8V TO 5.5V SDI 图1 Rev. B 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. 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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。 AD7988-1/AD7988-5 目录 产品特性 ............................................................................................1 模拟输入 ..................................................................................... 16 应用.....................................................................................................1 驱动放大器选择 ........................................................................ 16 概述.....................................................................................................1 基准电压输入 ............................................................................ 17 典型应用图........................................................................................1 电源 .............................................................................................. 17 修订历史 ............................................................................................2 数字接口 ..................................................................................... 17 技术规格 ............................................................................................3 CS模式，三线式 ....................................................................... 18 时序规格 ........................................................................................5 CS模式，四线式 ....................................................................... 19 绝对最大额定值...............................................................................7 链模式.......................................................................................... 20 ESD警告 .........................................................................................7 应用信息 ......................................................................................... 21 引脚配置和功能描述 ......................................................................8 与Blackfin® DSP接口 ................................................................. 21 术语.....................................................................................................9 布局 .............................................................................................. 21 典型性能指标 ................................................................................ 10 评估AD7988-x性能 ................................................................... 21 工作原理 ......................................................................................... 14 外形尺寸 ......................................................................................... 22 电路信息 ..................................................................................... 14 订购指南 ..................................................................................... 23 转换器操作................................................................................. 14 典型连接图................................................................................. 15 修订历史 2012年5月—修订版A至修订版B 更改表3 .............................................................................................. 4 更新“外形尺寸” ............................................................................. 22 2012年2月—修订版0至修订版A 添加LFCSP热阻值 ........................................................................... 7 更新“外形尺寸”.............................................................................. 23 更改“订购指南”.............................................................................. 23 2012年2月—修订版0：初始版 Rev. B | Page 2 of 24 AD7988-1/AD7988-5 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。 表2. 参数 分辨率 模拟输入 电压范围 绝对输入电压 模拟输入CMRR 25°C时漏电流 输入阻抗 精度 无失码 微分线性误差 积分线性误差 跃迁噪声 测试条件/注释 最小值 16 IN+ − IN− IN+ IN− fIN = 1 kHz 采集阶段 0 −0.1 −0.1 吞吐速率 AD7988-1 转换速率 瞬态响应 AD7988-5 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) 总谐波失真(THD) 信纳比(SINAD) 最大值 单位 位 VREF VREF + 0.1 +0.1 V V V dB nA 60 1 参见模拟输入部分 16 −0.9 VREF = 5 V VREF = 2.5 V VREF = 5 V VREF = 2.5 V VREF = 5 V VREF = 2.5 V −1.25 增益误差(TMIN至TMAX)2 增益误差温漂 零电平误差(TMIN至TMAX)2 零温漂 电源灵敏度 典型值 −0.5 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 0 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 0 VREF = 5 V VREF = 2.5 V fO = 10 kSPS fIN = 10 kHz, VREF = 5 V fIN = 10 kHz, VREF = 2.5 V fIN = 10 kHz fIN = 10 kHz fIN = 10 kHz, VREF = 5 V fIN = 10 kHz, VREF = 2.5 V 90 LSB表示最低有效位。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。 3 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。 1 2 Rev. B | Page 3 of 24 ±0.4 ±0.55 ±0.6 ±0.65 0.6 1.0 ±2 ±0.35 ±0.08 0.54 ±0.1 92 87 111 91 86.5 −110 −114 91.5 87.0 +0.9 +1.25 +0.5 位 LSB 1 LSB1 LSB1 LSB1 LSB1 LSB1 LSB1 ppm/°C mV ppm/°C LSB1 100 kSPS 500 ns 500 kSPS 400 ns dB 3 dB3 dB3 dB3 dB3 dB3 dB3 dB3 dB3 AD7988-1/AD7988-5 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。 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 数字输入 逻辑电平 VIL VIH VIL VIH IIL IIH 数字输出 数据格式 流水线延迟 VOL VOH 电源 VDD VIO VIO范围 待机电流1, 2 AD7988-1功耗 AD7988-5功耗 每次转换的能量 温度范围 额定性能 1 2 测试条件/注释 最小值 典型值 2.4 最大值 单位 5.1 VREF = 5 V 250 V µA VDD = 2.5 V 10 2.0 MHz ns VIO > 3 V VIO > 3 V VIO ≤ 3 V VIO ≤ 3 V ISINK = 500 µA ISOURCE = −500 µA 额定性能 –0.3 0.7 × VIO –0.3 0.9 × VIO −1 −1 0.3 × VIO VIO + 0.3 0.1 × VIO VIO + 0.3 +1 +1 串行16位直接二进制 转换完成后转换结果 立即可用 0.4 VIO − 0.3 2.375 2.3 1.8 2.5 VDD和VIO = 2.5 V，25°C 10 kSPS吞吐速率 100 kSPS吞吐速率 0.35 70 700 500 kSPS吞吐速率 3.5 7.0 TMIN 至 TMAX −40 根据需要，所有数字输入强制接VIO或GND。 在采集阶段。 Rev. B | Page 4 of 24 2.625 5.5 5.5 1 5 +125 V V V V µA µA V V V V V nA µW µW mW mW nJ/采样 °C AD7988-1/AD7988-5 时序规格 除非另有说明，VDD = 2.37 V至2.63 V，VIO = 3.3 V至5.5 V，−40°C至+125°C。负载条件参见图2和图3。 表4. 参数 AD7988-1 吞吐速率 转换时间：CNV上升沿至数据可用 采集时间 转换间隔时间 AD7988-5 吞吐速率 转换时间：CNV上升沿至数据可用 采集时间 转换间隔时间 CNV脉冲宽度(CS模式) SCK周期(CS模式) VIO高于4.5 V VIO高于3 V VIO高于2.7 V VIO高于2.3 V SCK周期(链模式) VIO高于4.5 V VIO高于3 V VIO高于2.7 V VIO高于2.3 V SCK低电平时间 SCK高电平时间 SCK下降沿至数据仍然有效 SCK下降沿至数据有效延迟时间 VIO高于4.5 V VIO高于3 V VIO高于2.7 V VIO高于2.3 V CNV或SDI低电平至SDO D15 MSB有效(CS模式) VIO高于3 V VIO高于2.3V CNV或SDI高电平或最后一个SCK下降沿至SDO高阻态(CS模式) CNV上升沿至SDI有效建立时间 CNV上升沿至SDI有效保持时间(CS模式) CNV上升沿至SDI有效保持时间(链模式) CNV上升沿至SCK有效建立时间(链模式) CNV上升沿至SCK有效保持时间(链模式) SCK下降沿至SDI有效建立时间(链模式) SCK下降沿至SDI有效保持时间(链模式) Rev. B | Page 5 of 24 符号 tCONV tACQ tCYC tCONV tACQ tCYC tCNVH tSCK 最小值 典型值 最大值 单位 100 9.5 kHz s ns s 500 1.6 400 2 500 kHz s ns s 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 500 10 tSCK tSCKL tSCKH tHSDO tDSDO 9.5 11 12 14 ns ns ns ns 10 15 20 ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns tEN tDIS tSSDICNV tHSDICNV tHSDICNV tSSCKCNV tHSCKCNV tSSDISCK tHSDISCK 5 2 0 5 5 2 3 AD7988-1/AD7988-5 500µA 1.4V CL 20pF 500µA 10231-002 TO SDO IOL IOH 图2. 数字接口时序的负载电路 Y% VIO1 X% VIO1 tDELAY VIH2 VIL2 VIH2 VIL2 1FOR VIO ≤ 3.0V, X = 90 AND Y = 10; FOR VIO > 3.0V X = 70, AND Y = 30. 2MINIMUM V AND MAXIMUM V USED. SEE DIGITAL INPUTS IH IL SPECIFICATIONS IN TABLE 3. 图3. 时序的电平 Rev. B | Page 6 of 24 10231-003 tDELAY AD7988-1/AD7988-5 绝对最大额定值 表5. 参数 模拟输入 IN+, 1 IN−1 至 GND 电源电压 REF, VIO 至 GND VDD 至 GND VDD 至 VIO 数字输入至GND 数字输出至GND 存储温度范围 结温 θJA 热阻 10引脚MSOP 10引脚LFCSP θJC热阻 10引脚MSOP 10引脚LFCSP 回流焊 1 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 额定值 坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它 −0.3 V至VREF + 0.3 V或±130 mA −0.3 V 至 +6 V −0.3 V 至 +3 V +3 V 至 −6 V −0.3 V 至 VIO + 0.3 V −0.3 V 至 VIO + 0.3 V −65°C 至 +125°C 150°C 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。 200°C/W 80°C/W 44°C/W 15°C/W JEDEC标准(J-STD-020) 参见模拟输入部分。 Rev. B | Page 7 of 24 AD7988-1/AD7988-5 引脚配置和功能描述 REF 1 VDD 2 IN+ 3 IN– 4 10 VIO AD7988-1/ AD7988-5 9 SDI TOP VIEW (Not to Scale) 8 SCK 7 SDO 6 CNV GND 5 IN– 4 9 SDI TOP VIEW (Not to Scale) 8 SCK 7 SDO 6 CNV GND 5 10231-004 REF 1 IN+ 3 10 VIO AD7988-1/ AD7988-5 NOTES 1. THE EXPOSED PAD CAN BE CONNECTED TO GND. 图4. 10引脚MSOP的引脚配置 10231-005 VDD 2 图5. 10引脚LFCSP (QFN)引脚配置 表6. 引脚功能描述 引脚编号 1 引脚名称 REF 类型1 AI 2 3 VDD IN+ P AI 4 5 6 IN− GND CNV AI P DI 模拟输入地检测。连接到模拟接地层或远端检测地。 电源地。 转换输入。此输入具有多个功能。在上升沿可启动转换并选择器件的接口模式：链模式或CS模式。 CS模式下，CNV为低电平时SDO引脚使能。链模式下，数据应在CNV为高电平时读取。 7 8 9 SDO SCK SDI DO DI DI 串行数据输出。转换结果通过此引脚输出。它与SCK同步。 串行数据时钟输入。器件被选择时，转换结果通过此时钟移出。 串行数据输入。此输入提供多个功能。如下选择ADC接口模式： 如果此引脚在CNV上升沿期间为低电平，则选择链模式。此模式下，SDI用作数据输入，以将两个或 更多ADC的转换结果以菊花链方式传输到单一SDO线路上。SDI上的数字数据电平通过SDO输出，延 迟16个SCK周期。 如果SDI在CNV上升沿期间为高电平，则选择CS模式。此模式下，SDI或CNV在低电平时均可使能串行 输出信号。 10 VIO P 输入/输出接口数字电源。一般与主机接口电源相同(1.8 V、2.5 V、3 V或5 V)。 EP 描述 基准输入电压。VREF范围为2.4 V至5.1 V。此引脚参考GND引脚，应通过10μF电容把REF引脚去耦至与 其靠近的GND引脚。 电源。 模拟输入引脚。相对于IN−。电压范围(例如，IN+与IN−的差值)为0 V至VREF。 裸露焊盘。裸露焊盘可连接到GND。 AI = 模拟输入，DI = 数字输入，DO = 数字输出，而P = 电源。 1 Rev. B | Page 8 of 24 AD7988-1/AD7988-5 术语 积分非线性误差(INL) 有效分辨率 INL是指每个码与一条从负满量程画到正满量程的直线偏 有效分辨率的计算公式如下： 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 有效分辨率 = log2 (2 N/均方根输入噪声) 平。从各码的中心到该直线的距离即为偏差(见图30)。 它用位表示。 微分非线性误差(DNL) 总谐波失真(THD) 在一个理想ADC中，码跃迁相距1 LSB。DNL是指实际值与 THD指前五个谐波成分的均方根和与满量程输入信号的均 此理想值的最大偏差。经常用保证无失码的分辨率来描述 方根值之比，用dB表示。 这一规格。 动态范围 失调误差 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 第一个码跃迁应对应于一个比模拟地高½ LSB的电平(对于0 V 总均方根噪声之比，用dB表示。它使用−60 dBF下的信号测 至5 V范围，它等于38.1 μV)。失调误差是指实际跃迁与该点的 得，因此包括所有噪声源和DNL伪像。 偏差。 信噪比(SNR) 增益误差 SNR指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下除谐 当模拟电压低于标称满量程1½ LSB时(对于0 V至5 V范围， 波和直流以外所有其它频谱成分的均方根和之比，用dB表 应在4.999886 V)，发生最后一个码跃迁(从111 … 10跃迁至 示。 111 … 11)。增益误差是指在消除失调误差之后，最后一个 信纳比(SINAD) 码跃迁的实际电平与理想电平的偏差。 SINAD指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下包 无杂散动态范围(SFDR) 括谐波但直流除外的所有其它频谱成分的均方根和之比， SFDR指输入信号与峰值杂散信号的均方根幅值之差，用分 用dB表示。 贝(dB)表示。 孔径延迟 有效位数(ENOB) 孔径延迟衡量采集性能，指从CNV输入的上升沿到输入信 ENOB指利用正弦波输入测得的分辨率。它与SINAD的关 号被保持后用于转换的时间。 系可以表示为： 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 ENOB = (SINADdB − 1.76)/6.02 精确采集所需的时间。 它用位表示。 无噪声代码分辨率 无噪声代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代码，其计算公式为： 无噪声代码分辨率 = log2(2N/峰峰值噪声) 它用位表示。 Rev. B | Page 9 of 24 AD7988-1/AD7988-5 典型工作特性 除非另有说明，VDD = 2.5 V，VREF = 5.0 V，VIO = 3.3 V。 0 –20 SNR = 91.17dB THD = –113.63dB SFDR = 110.30dB SINAD = 91.15dB –40 –60 –80 –100 –120 –140 –160 –60 –80 –100 –120 –140 50 100 150 200 250 –180 1.25 INL (LSB) –100 –120 POSITIVE INL: +0.40 LSB NEGATIVE INL: –0.35 LSB 0.25 0 –0.25 –0.75 –160 –1.00 0 50 100 150 200 250 –1.25 0 1.25 0.75 0.50 INL (LSB) –60 65536 POSITIVE INL: +0.45 LSB NEGATIVE INL: –0.29 LSB 1.00 SNR = 91.09dB THD = –113.12dB SFDR = 110.30dB SINAD = 91.05dB –40 49152 图10. 积分非线性与码的关系，VREF = 5 V fS = 100kSPS fIN = 10kHz –20 32768 CODE 图7. AD7988-5 FFT曲线图，VREF = 2.5 V 0 16384 10231-010 –0.50 –140 FREQUENCY (kHz) –80 –100 –120 0.25 0 –0.25 –0.75 –160 –1.00 0 10 20 30 40 FREQUENCY (kHz) 50 图8. AD7988-1 FFT曲线图，VREF = 5 V –1.25 0 16384 32768 49152 CODE 图11. 积分非线性与码的关系，VREF = 2.5 V Rev. B | Page 10 of 24 65536 10231-011 –0.50 –140 10231-048 AMPLITUDE (dB of FULL SCALE) 50 0.50 –80 –180 40 0.75 10231-047 AMPLITUDE (dB of FULL SCALE) –60 30 1.00 SNR = 86.8dB THD = –111.4dB SFDR = 105.9dB SINAD = 86.8dB –40 20 图9. AD7988-1 FFT曲线图，VREF = 2.5 V fS = 500kSPS fIN = 10kHz –20 10 FREQUENCY (kHz) 图6. AD7988-5 FFT曲线图，VREF = 5 V 0 0 10231-049 0 FREQUENCY (kHz) –180 SNR = 86.7dB THD = –110.4dB SFDR = 103.9dB SINAD = 86.6dB –40 –160 10231-046 –180 fS = 100kSPS fIN = 10kHz –20 AMPLITUDE (dB of FULL SCALE) AMPLITUDE (dB of FULL SCALE) 0 fS = 500kSPS fIN = 10kHz AD7988-1/AD7988-5 1.00 60k POSITIVE INL: +0.18 LSB NEGATIVE INL: –0.21 LSB 0.75 50970 50k 45198 40k 0.25 COUNTS 0 –0.25 30k 18848 20k –0.50 12424 10k 0 16384 32768 49152 0 65536 CODE 94 1217 2290 30 0 0 16 100 SNR SINAD ENOB SNR, SINAD (dB) 0.50 DNL (LSB) 1 图15. 一个直流输入的直方图(码跃迁)，VREF = 2.5 V POSITIVE INL: +0.25 LSB NEGATIVE INL: –0.22 LSB 0.75 0 CODE IN HEX 图12. 微分非线性与码的关系，VREF = 5 V 1.00 0 7FFA 7FFB 7FFC 7FFD 7FFE 7FFF 8000 8001 8002 8003 8004 8005 8006 10231-012 –1.00 10231-015 –0.75 0.25 0 –0.25 –0.50 95 15 90 14 85 13 ENOB (Bits) DNL (LSB) 0.50 –0.75 16384 32768 49152 65536 80 2.25 CODE 2.75 3.25 3.75 4.25 12 5.25 4.75 10231-016 0 10231-013 –1.00 REFERENCE VOLTAGE (V) 图13. 微分非线性与码的关系，VREF = 2.5 V 图16. SNR、SINAD和ENOB与基准电压的关系 180k 60k 162595 53412 160k 50k 140k 40k COUNTS 100k 80k 60k 37417 31540 30k 20k 52720 42731 40k 7285 0 0 0 22 1291 852 29 2 0 0 0 8003 8004 8005 8006 8007 8008 8009 800A 800B 800C 800D 800E 800F CODE IN HEX 图14. 一个直流输入的直方图(码中心)，VREF = 5 V 0 0 0 5807 19 590 512 11 0 0 7FFA 7FFB 7FFC 7FFD 7FFE 7FFF 8000 8001 8002 8003 8004 8005 8006 CODE IN HEX 图17. 一个直流输入的直方图(码中心)，VREF = 2.5 V Rev. B | Page 11 of 24 10231-051 10k 20k 10231-050 COUNTS 120k AD7988-1/AD7988-5 95 95 94 93 93 92 SNR (dB) SNR (dB) 91 90 89 91 89 88 87 87 –8 –7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 INPUT LEVEL (dB OF FULL SCALE) 85 –55 –35 –15 115 100 THD 95 4.75 2.625 0.4 0.3 IREF IVIO 0.1 85 5.25 0 2.375 10231-019 4.25 125 0.2 90 –120 3.75 105 0.5 CURRENT (mA) –110 3.25 85 IVDD 0.6 SFDR (dB) 105 REFERENCE VOLTAGE (V) 2.425 2.475 2.525 2.575 VDD VOLTAGE (V) 图22. 工作电流与电源的关系(AD7988-5) 图19. THD、SFDR与基准电压的关系 0.14 100 IVDD 0.12 95 CURRENT (mA) 0.10 90 0.08 0.06 IREF 0.04 IVIO 0.02 80 10 100 FREQUENCY (kHz) 1k 图20. SINAD与频率的关系 0 2.375 2.425 2.475 2.525 2.575 VDD VOLTAGE (V) 图23. 工作电流与电源的关系(AD7988-1) Rev. B | Page 12 of 24 2.625 10231-024 85 10231-052 SINAD (dB) THD (dB) –105 2.75 65 0.7 110 SFDR –125 2.25 45 图21. SNR与温度的关系 –95 –115 25 TEMPERATURE (°C) 图18. SNR与输入电平的关系 –100 5 10231-053 –9 10231-018 85 –10 10231-023 86 AD7988-1/AD7988-5 –85 0.14 –90 0.12 IVDD –95 CURRENT (mA) 0.10 –105 –110 008 0.06 IREF 0.04 –115 IVIO 0.02 –120 1k 100 FREQUENCY (kHz) 0 –55 10231-054 –125 10 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) 图24. THD与频率的关系 10231-028 THD (dB) –100 图27. 工作电流与温度的关系(AD7988-1) 8 –110 7 6 CURRENT (µA) THD (dB) –112 –114 –116 5 4 3 IVDD + IVIO 2 –118 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) 图25. THD与温度的关系 IVDD 0.6 0.4 IREF 0.2 IVIO 0 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 TEMPERATURE (°C) 105 125 10231-027 CURRENT (mA) 0.5 0.1 –35 –15 5 25 45 65 85 TEMPERATURE (°C) 图28. 关断电流与温度的关系 0.7 0.3 0 –55 图26. 工作电流与温度的关系(AD7988-5) Rev. B | Page 13 of 24 105 125 10231-029 –120 –55 10231-026 1 AD7988-1/AD7988-5 工作原理 IN+ MSB LSB 32,768C 16,384C 4C 2C C SWITCHES CONTROL SW+ C BUSY REF COMP GND 32,768C 16,384C 4C 2C C CONTROL LOGIC OUTPUT CODE C LSB SW– CNV 10231-030 MSB IN– 图29. ADC简化电路图 电路信息 在采集阶段，与比较器输入相连的阵列端子通过SW+和 AD7988-1/AD7988-5器件是快速、低功耗、单电源、精密 SW-连接到GND。所有独立开关都连接到模拟输入端。因 16位ADC，使用逐次逼近型架构。 此，电容阵列用作采样电容，并采集IN+和IN−输入端的模 AD7988-1每 秒 能 够 转 换 100,000个 样 本 (100kSPS)， 而 拟信号。当采集阶段完成且CNV输入变为高电平时，就会 AD7988-5吞吐量可达500 kSPS，两次转换之间器件进入省 电模式。例如，以10 kSPS速率工作时，ADC典型功耗为70 启动转换阶段。当转换阶段开始时，SW+和SW-首先断 开。然后，两个电容阵列从输入端断开，并连接到GND输 μW，非常适合电池供电的应用。 入端。因此，采集阶段结束时捕获的输入(IN+和IN−)之间 AD7988-x为用户提供片内采样保持，没有任何流水线延 GND和REF之间切换电容阵列的各元件，比较器输入将按 迟，堪称多路复用多通道应用的理想之选。 的差分电压施加于比较器输入端，导致比较器不平衡。在 照二进制加权电压步进(VREF/2、VREF/4 … VREF/65,536)变 AD7988-x可与任何1.8 V至5 V数字逻辑系列接口，提供10引 化。控制逻辑从MSB开始切换这些开关，以便使比较器重 脚MSOP封装或小型10引脚LFCSP (QFN)封装，节省空间， 新回到平衡状态。完成此过程后，器件返回采集阶段，而 配置灵活。 控制逻辑将产生ADC输出码。 转换器操作 AD7988-x具有一个片上转换时钟，因此转换过程不需要串 AD7988-x是一款基于电荷再分配DAC的逐次逼近型ADC。 行时钟SCK。 图29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。 Rev. B | Page 14 of 24 AD7988-1/AD7988-5 传递函数 表7. 输出码和理想输入电压 AD7988-x的理想传递特性如图30和表7所示。 描述 FSR – 1 LSB 中间电平 + 1 LSB 中间电平 中间电平 – 1 LSB –FSR + 1 LSB –FSR 111 ... 101 模拟输入 数字输出码(十六进制) FFFF1 8001 8000 7FFF 0001 00002 这也是超量程模拟输入(VIN+ − VIN−大于VREF − VGND)对应的码。 这也是欠量程模拟输入（VIN+ − VIN−低于VGND）对应的代码。 1 2 典型连接图 000 ... 010 图31所示的例子为采用多个电源时AD7988-x的建议连接图。 000 ... 001 –FSR –FSR + 1LSB –FSR + 0.5LSB +FSR – 1 LSB +FSR – 1.5 LSB ANALOG INPUT 图30. ADC理想传递函数 REF1 V+ 2.5V 10µF2 100nF V+ 1.8V TO 5.5V 100nF 20Ω 0V TO VREF REF 3 2.7nF VDD VIO IN+ SDI AD7988-1/ AD7988-5 V– 4 SCK SDO 3- OR 4-WIRE INTERFACE5 CNV IN– GND 1 SEE THE VOLTAGE REFERENCE INPUT SECTION FOR REFERENCE SELECTION. 2C REF IS USUALLY A 10µF CERAMIC CAPACITOR (X5R). 3 SEE THE DRIVER AMPLIFIER CHOICE SECTION. 4 OPTIONAL FILTER. SEE THE ANALOG INPUTS SECTION. 5 SEE THE DIGITAL INTERFACE SECTION FOR THE MOST CONVENIENT INTERFACE MODE. 图31. 采用多个电源的典型应用电路 Rev. B | Page 15 of 24 10231-032 000 ... 000 10231-031 ADC CODE (STRAIGHT BINARY) 111 ... 111 111 ... 110 VREF = 5 V 4.999924 V 2.500076 V 2.5 V 2.499924 V 76.3 µV 0V AD7988-1/AD7988-5 模拟输入 驱动放大器选择 图32显示了AD7988-x输入结构的等效电路。 虽然AD7988-x很容易驱动，但驱动放大器需要满足下列要 两个二极管D1和D2为模拟输入IN+和IN−提供ESD保护。 求： 切记，模拟输入信号不得超过供电轨0.3 V以上，否则会造 • 驱动器放大器所产生的噪声必须足够低，以保持 成二极管正偏，并开始传导电流。这些二极管可以处理最 AD7988-x的SNR和转换噪声性能。来自驱动器的噪声由 高130 mA的正偏电流。例如，当输入缓冲电源与VDD不同 RIN和CIN所构成的AD7988-x模拟输入电路单极低通滤波 时，最终可能会发生这种情况。此时，如果输入缓冲器短 器进行滤波，或者由外部滤波器(如有)进行滤波。 路，限流功能可以保护器件。 AD7988-x的典型噪声为47.3 μV rms，因此放大器引起的 SNR性能降低为： REF D1 IN+ OR IN– D2 SNRLOSS 10231-033 CPIN RIN CIN GND 47.3 = 20 log π 2 2 47.3 + f −3dB (Ne N ) 2 其中： 图32. 等效模拟输入电路 f–3dB为AD7988-x的输入带宽(10 MHz)，单位为兆赫，或者 模拟输入结构支持IN+和IN−之间真差分信号的采样。借助 是输入滤波器(如有)的截止频率。 这些差分输入，可以抑制两个输入端的共模信号。 N为放大器的噪声增益(例如，缓冲器配置时为1)。 在采集阶段，模拟输入(IN+和IN−)的阻抗可以看成是由RIN eN为运算放大器的等效输入噪声电压，单位为nV/√Hz。 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。在转换阶段，开关断开时，输入阻抗仅包 • 对于交流应用，驱动器的THD性能应与AD7988-x相 当。 • 对于多通道、多路复用应用，驱动放大器和AD7988-x 括CPIN。RIN和CIN构成一个单极低通滤波器，可以降低不良 模拟输入电路必须使电容阵列以16位水平(0.0015%， 混叠效应并限制噪声。 15 ppm)建立满量程阶跃。在放大器的数据手册中，更常 当驱动电路的源阻抗较低时，可以直接驱动AD7988-x。高 见的是规定0.1%至0.01%的建立时间。这可能与16位水 源阻抗会显著影响交流特性，特别是THD。直流特性对输 平的建立时间显著不同，因此选择之前应进行验证。 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 表8. 推荐的驱动放大器 入频率的函数。 放大器 ADA4841-1 AD8021 AD8022 OP184 AD8655 AD8605, AD8615 Rev. B | Page 16 of 24 典型应用 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 AD7988-1/AD7988-5 基准电压输入 为确保最佳性能，VDD应大致为基准输入电压REF的一 AD7988-x基准电压输入REF具有动态输入阻抗，因此应利 半。例如，如果REF为5.0 V，VDD应设置为2.5 V (±5%)。 用低阻抗源驱动，REF与GND引脚之间应有效去耦，如布 如果REF = 2.5V，VDD = 2.5 V，性能会下降，如表2所示。 局布线部分所述。 AD7988-x在每个转换阶段结束时自动进入省电模式。 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，陶瓷芯片电容可实现最佳性能。 数字接口 尽管引脚数很少，AD7988-x在串行接口模式上仍具有灵活性。 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。 ™ CS模式下，AD7988-x与SPI、QSPI 和数字主机兼容。此 接口可使用三线式或四线式接口。三线式接口使用CNV、 SCK和SDO信号，可将线路连接减至最少，在隔离应用中 如果需要，可以使用低至2.2 μF的基准电压去耦电容，它对 非常有用。四线式接口使用SDI、CNV、SCK和SDO信 性能(特别是DNL)的影响极小。 号，用于启动转换的CNV与回读时序(SDI)独立，这在低抖 无论如何，REF与GND引脚之间不需要额外的低值陶瓷去 动采样或同步采样应用中很有用。 耦电容(如100 nF)。 链模式下，AD7988-x提供菊花链特性，利用SDI输入可在 电源 单条数据线上实现多个ADC的级联，类似移位寄存器。 AD7988-x使用两个电源引脚：内核电源(VDD)以及数字输 器件工作模式取决于CNV上升沿出现时的SDI电平。如果 入/输出接口电源(VIO)。VIO可以与1.8 V至5.0 V的任何逻 SDI为高电平，选择CS模式，而如果SDI为低电平，则选择 辑直接接口。为减少所需的电源数，VIO和VDD引脚可以 链模式。SDI保持时间是当SDI和CNV连接在一起时，就会 连在一起。AD7988-x中VIO和VDD的电源时序无关。此 选择链模式。 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33所示。 用户必须在回读前等待最大转换时间。 80 70 65 60 55 1 10 100 FREQUENCY (kHz) 1k 10231-034 PSRR (dB) 75 图33. PSRR与频率的关系 Rev. B | Page 17 of 24 AD7988-1/AD7988-5 CS模式，三线式 CNV变为低电平时，MSB输出至SDO。剩余数据位则在随 在将单个AD7988-x连接到兼容SPI的数字控制器主机时， 后的SCK下降沿逐个输出。数据在SCK的上升沿和下降沿 通常会使用此模式。连接图如图34所示，相应的时序如图 均有效。虽然上升沿可以用于捕捉数据，但使用SCK下降 35所示。 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SCK下降沿之后，或者当CNV变为高 将SDI连接到VIO时，CNV上的上升沿启动转换，选择CS 电平时(以最先出现者为准)，SDO返回高阻态。 模式，并强制SDO进入高阻态。转换完成后，AD7988-x进 入采集阶段并进入省电模式。 CONVERT DIGITAL HOST CNV VIO SDI AD7988-1/ AD7988-5 DATA IN SDO 10231-035 SCK CLK 图34. 三线式CS模式连接图 SDI = 1 tCYC tCNVH CNV ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL 2 3 14 tHSDO 16 tSCKH tEN SDO 15 tDIS tDSDO D15 D14 D13 图35. 三线式CS模式串行接口时序(SDI高电平) Rev. B | Page 18 of 24 D1 D0 10231-036 1 SCK AD7988-1/AD7988-5 CS模式，四线式 转换完成后，AD7988-x进入采集阶段并进入省电模式。每 在将多个AD7988-x连接到SPI兼容数字主机时，通常会使 个ADC结果可通过将SDI输入拉低来读取，从而将MSB输 用此模式。 出至SDO。剩余数据位则在随后的SCK下降沿逐个输出。 数据在SCK的上升沿和下降沿均有效。虽然上升沿可以用 使用两个AD7988-x器件的连接图示例如图36所示，相应的 于捕捉数据，但使用SCK下降沿的数字主机能实现更快的 时序如图37所示。 读取速率，只要它具有合理的保持时间。在第16个SCK下 将SDI置为高电平时，CNV上的上升沿启动转换，选择CS 降沿之后，或者当SDI变为高电平时(以最先出现者为准)， 模式，并强制SDO进入高阻态。此模式下，CNV在转换阶 SDO返回高阻态，之后可读取另一个AD7988-x。 段和随后的数据回读期间必须保持高电平。(如果SDI和 CNV为低电平，SDO变为低电平。)最小转换时间之前， SDI可用于选择其它SPI器件，如模拟多路复用器，但SDI 必须在最小转换时间逝去前返回高电平，接着在最大转换 时间内保持高电平。 CS2 CS1 CONVERT SDI CNV CNV AD7988-1/ AD7988-5 AD7988-1/ AD7988-5 SDO SDI SCK DIGITAL HOST SDO SCK 10231-037 DATA IN CLK 图36. 四线式CS模式连接图 tCYC CNV ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSSDICNV SDI (CS1) tHSDICNV SDI (CS2) tSCK tSCKL 1 tEN SDO 2 3 14 tHSDO tDSDO D15 D14 D13 15 16 17 18 30 31 32 tSCKH tDIS D1 D0 图37. 四线式CS模式串行接口时序 Rev. B | Page 19 of 24 D15 D14 D1 D0 10231-038 SCK AD7988-1/AD7988-5 链模式 平。转换完成后，MSB输出至SDO，而AD7988-x进入采集 此模式可用于在三线式串行接口上以菊花链形式连接多个 阶段并进入省电模式。存储在内部移位寄存器中的剩余数 AD7988-x器件。这一特性有助于减少器件数量和线路连 据位则在随后的SCK下降沿逐个输出。对于每个ADC， 接；例如在隔离式多转换器应用或接口能力有限的系统 SDI馈入内部移位寄存器入，并通过SCK下降沿逐个输出。 中。数据回读与读取移位寄存器相似。 链内每个ADC首先输出数据MSB，回读N个ADC需要16 × N 个时钟。数据在SCK的上升沿和下降沿均有效。虽然上升 使用两个AD7988-x器件的连接图示例如图38所示，相应的 沿可以用于捕捉数据，但使用SCK下降沿的数字主机能实 时序如图39所示。 现更快的读取速率，从而在链中容纳更多AD7988-x器件， SDI和CNV为低电平时，SDO变为低电平。将SCK置为低 只要数字主机具有合理的保持时间。最大转换速率可因总 电平时，CNV上的上升沿启动转换，并选择链模式。此模 回读时间而降低。 式下，CNV在转换阶段和随后的数据回读期间保持高电 CONVERT CNV CNV SDI AD7988-1/ AD7988-5 SDO SDI DIGITAL HOST AD7988-1/ AD7988-5 SDO DATA IN B SCK A SCK 10231-039 CLK 图38. 链模式连接图 SDIA = 0 tCYC CNV ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL tSSCKCNV SCK 1 2 3 15 tSSDISCK tHSCKCNV 16 17 18 30 31 32 D A1 DA0 tSCKH tHSDISCK tEN SDOA = SDIB 14 DA15 DA14 DA13 D A1 DA 0 DB1 DB0 tHSDO SDOB DB15 DB14 DB13 图39. 链模式串行接口时序 Rev. B | Page 20 of 24 DA15 DA14 10231-040 tDSDO AD7988-1/AD7988-5 应用信息 建议至少使用一个接地层。数字和模拟部分可以共用或分 与BLACKFIN® DSP接口 AD7988-x可以轻松连接到DSP SPI或SPORT。SPI配置很简 单，使用标准SPI接口就能完成，如图40所示。 割使用接地层。后一情况中，接地层应在AD7988-x器件下 方连接。 AD7988-x基准电压输入REF具有动态输入阻抗。使用最小 BLACKFIN DSP 寄生电感去耦REF的方法是将基准电压源的去耦陶瓷电容 SCK SPI_MISO SDO SPI_MOSI CNV 靠近(理想情况是正对)REF和GND引脚放置，并用较宽的 AD7988-1/ AD7988-5 10231-041 SPI_CLK 图40. Blackfin SPI接口的典型连接 低阻抗走线进行连接。 最后，AD7988-x的电源VDD和VIO应通过陶瓷电容去耦， 其值通常为100 nF，靠近AD7988-x放置，并用短而宽的走 同样，SPORT接口可用于与该ADC接口。SPORT接口有很 线连接，以提供低阻抗路径并减小电源线路上的毛刺噪声 多优点，比如可以使用直接存储器访问(DMA)，并提供更 影响。 低抖动的CNV信号(由硬件计数器产生)。 图42和图43是遵循这些规则的布局布线示例。 SPORT与 AD7988-x接 口 之 间 可 能 需 要 一 些 胶 连 逻 辑 。 评估AD7988-x性能 AD7988-x的评估板直接与基于Blackfin的(ADSP-BF-527) SDP板的SPORT接口。用于SPORT接口的配置需要添加一 些胶连逻辑，如图41所示。将CNV置为高电平时，ADC的 SCK输入关断，以便在转换数据时保持SCK线路静态，从 AD7988-x (EVAL-AD7988-5SDZ)的评估板套件包括装配完 善且经过测试的评估板、文档以及用于从PC通过EVALSDP-CB1Z控制评估板的软件。 而确保结果的完整性。此方法使用ADC门和NOT门形成 SCK路径。RSCLK和RFS路径上使用的其他逻辑门用于延 AD7988-1/ AD7988-5 迟匹配，在路径长度较短时可以省去。 以上只是将SPORT接口用于该ADC的一种方法；还存在其 他等效解决方案。 VDRIVE DR SDO RSCLK SCK RFS AD7988-1/ AD7988-5 TFS CNV 10231-043 TSCLK 10231-045 BLACKFIN DSP 图42. AD7988-x的示例布局(顶层) 图41. Blackfin Sport接口的评估板连接 布局 AD7988-x的印刷电路板(PCB)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。AD7988-x的所 有模拟信号位于左侧，所有数字信号位于右侧，这种引脚 排列可以简化这种设计要求。 避免在器件下方布设数字线路，否则会将噪声耦合至芯片 10231-044 管芯，除非在AD7988-x下方铺一个接地层用作屏蔽。诸如 CNV或时钟之类的快速开关信号不应靠近模拟信号路径。 避免数字信号与模拟信号交叠。 图43. AD7988-x的示例布局(底层) Rev. B | Page 21 of 24 AD7988-1/AD7988-5 外形尺寸 3.10 3.00 2.90 3.10 3.00 2.90 10 1 5.15 4.90 4.65 6 5 PIN 1 IDENTIFIER 0.50 BSC 0.95 0.85 0.75 15° MAX 1.10 MAX 0.30 0.15 0.70 0.55 0.40 0.23 0.13 6° 0° 091709-A 0.15 0.05 COPLANARITY 0.10 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-BA 图44. 10引脚超小型封装[MSOP] (RM-10) 尺寸单位：mm 2.48 2.38 2.23 3.10 3.00 SQ 2.90 0.50 BSC 6 10 0.50 0.40 0.30 5 TOP VIEW 0.80 0.75 0.70 SEATING PLANE 1.74 1.64 1.49 EXPOSED PAD 0.30 0.25 0.20 1 BOTTOM VIEW 0.05 MAX 0.02 NOM COPLANARITY 0.08 PIN 1 INDICATOR (R 0.15) FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET. 0.20 REF 图45. 10引脚引线框芯片级封装[QFN (LFCSP_WD)] 3 mm × 3 mm， 超薄体，双列引脚(CP-10-9) 图示尺寸单位：mm Rev. B | Page 22 of 24 02-27-2012-B PIN 1 INDEX AREA AD7988-1/AD7988-5 订购指南 型号1 AD7988-1BRMZ AD7988-1BRMZ-RL7 AD7988-1BCPZ-RL AD7988-1BCPZ-RL7 AD7988-5BRMZ AD7988-5BRMZ-RL7 AD7988-5BCPZ-RL AD7988-5BCPZ-RL7 EVAL-AD7988-5SDZ 注释 EVAL-SDP-CB1Z 3 积分非线性 最大值±1.25 LSB 最大值±1.25 LSB 最大值±1.25 LSB 最大值±1.25 LSB 最大值±1.25 LSB 最大值±1.25 LSB 最大值±1.25 LSB 最大值±1.25 LSB 温度范围 −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C 订购数量 卷带，50 卷盘，1,000 卷盘，5,000 卷盘，1,500 卷带，50 卷盘，1,000 卷盘，5,000 卷盘，1,500 2 Z = RoHS兼容器件。 此板可单独用作评估板，或与EVAL-SDZ-CB1Z配合用于评估/演示。 3 此板允许PC对所有带SD标志后缀的ADI评估板进行控制并与之通信。 1 2 Rev. B | Page 23 of 24 封装描述 10引脚MSOP 10引脚MSOP 10引脚QFN (LFCSP_WD) 10引脚QFN (LFCSP_WD) 10引脚MSOP 10引脚MSOP 10引脚QFN (LFCSP_WD) 10引脚QFN (LFCSP_WD) 评估板已填充AD7988-5；用于 AD7988-1和AD7988-5的评估 系统演示板，通过USB与PC 的接口用作数据传输控制器板 封装选项 RM-10 RM-10 CP-10-9 CP-10-9 RM-10 RM-10 CP-10-9 CP-10-9 标识 C7E C7E C7X C7X C7Q C7Q C7Y C7Y AD7988-1/AD7988-5 注释 ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D10231sc-0-5/12(B) Rev. B | Page 24 of 24