今年年初TI推出的兩款模數(shù)轉換器(ADC)ADS8329和ADS8330向世人展現(xiàn)了一個低功耗、高速和高性能的獨特組合。該組合使其成為諸多應用的理想選擇，例如：通信、醫(yī)療儀器、自動測試設備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或工業(yè)過程控制等。本文中，TI的ADC馬達控制設計經(jīng)理FrankOhnhaeuser就上述兩款轉換器的有關性能進行了概述，并對有助于實現(xiàn)這些性能的關鍵要素作了闡述。

　　ADS8329和ADS8330屬于同一個器件系列，他們是500kSPSADS8327和ADS8328的升級延伸。所有產(chǎn)品均為引腳兼容，并提供了一個基于逐次逼近架構(SAR)的ADC。ADS8327和ADS8329均為單通道器件，而ADS8328和ADS8330為雙通道器件。一個內部時鐘用于對轉換計時，但是也可以對該轉換器進行編程，以利用串行接口的外部時鐘。編程和數(shù)據(jù)傳送均通過一個高速串行接口來完成。

圖1ADS8329/30結構圖

　　如果轉換正在使用內部時鐘，那么外部時鐘就應該被關閉。非同步時鐘信號通常會引起基板失真，從而得到兩種選項。如果ADC以內部時鐘運行，那么就應該在轉換之后讀取數(shù)據(jù)，并且在數(shù)據(jù)傳送完成以前，不應觸發(fā)新的轉換。如果該部件通過外部時鐘運行，那么就可以在下一轉換期間讀取數(shù)據(jù)。外部時鐘以兩倍的轉換速度運行，以確保數(shù)據(jù)傳送在運行轉換復寫(overwrite)輸出數(shù)據(jù)以前完成。

　　通過串行接口編程可實現(xiàn)多種額外的功能。一種是雙通道產(chǎn)品的通道選擇。這樣，就可擁有一個自動觸發(fā)器，其在前一個轉換完成以后自動將轉換起始信號(CONVST)初始化為4個轉換時鐘周期。利用鏈模式，數(shù)個同步采樣ADC的數(shù)據(jù)可以通過一個串行接口讀取。您可以在產(chǎn)品說明書中查看到其他的特性。

　　該轉換器系列專門優(yōu)化用以實現(xiàn)低功耗，以便具有多種功耗降低特性。在慢內部信號保持上電而快速(300ns)恢復模塊被關閉的情況下，得以實施一個NAP模式。我們可以將2.7V電源電壓的電流消耗從5mA降低至0.25mA，將5V電源電壓的電流消耗從7mA降低至0.3mA?？梢酝ㄟ^串行接口或觸發(fā)CONVST信號來喚醒ADC。在正常運行狀態(tài)下，CONVST信號將會立即凍結輸入電壓，并開始轉換。在NAP模式下，ADC首先醒來，同時數(shù)據(jù)在6個時鐘周期以后自動被凍結。

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

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

圖2在NAP模式下，電流消耗與采樣速率的關系

圖3在PD模式下，電流消耗與采樣速率的關系

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

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

圖4LSB中差分非線性與1MSPS輸出代碼的關系

圖5LSB中積分非線性與1MSPS輸出代碼的關系

　　當功耗受到限制時，噪聲優(yōu)化就變得困難了。在ADS8329/30上，通過將參考緩沖器移出ADC，可以實現(xiàn)低噪聲。這就要求一個外部電容器能夠對由ADC電容器陣列引起的參考突波進行補償。如果這種電容器高至216+1，那么在一個轉換期間該電容器的壓降會保持在LSB的一半以下。對于ADS8329而言，推薦使用22uF陶瓷電容器，以其0805尺寸和X5R質量，現(xiàn)在開始供貨。參考電壓應該具有一個良好的負載抑制，以便轉換器輸入的平均電流不會引起參考輸入壓降（該壓降超過了LSB的一半）

圖6DC輸入電壓下4096代碼的代碼分布

　　除該參考電壓以外，內部電容器也是一個主要的噪聲源。動態(tài)誤差校正允許較小的內部調整誤差。這樣，就可以減少比較器帶寬。這兩個因素均限制了噪聲，因此就實現(xiàn)了一個DC輸入電壓的緊密噪聲分布（如圖6所示）。共計4096個采樣中的4087個采樣僅分布在2個代碼上面。

　　市場上有少數(shù)產(chǎn)品表現(xiàn)出更為緊密的噪聲分布，但是這些產(chǎn)品擁有全對稱、全差動輸入信號，其要求具有一個復雜的輸入結構。ADS8329/30提供了簡單的單端輸入范圍，因此能夠使用成本更低的CMOS放大器，例如：OPA365。

　　良好的線性和噪聲性能還體現(xiàn)在ADS8329/30的AC性能上（能實現(xiàn)高達93dB的SNR）。這種差分非線性將影響SNR，同時積分非線性會引起諧波。圖7顯示了一個10kHz輸入頻率和4096采樣的FFT，同時還證實具有低諧波失真。更高頻率時，總諧波失真(THD)取決于非線性輸入開關和內部電容器。

　　這些非線性組件將會使THD迅速降低。在圖8中，這種變化得到了監(jiān)控。但是，相比一些頗具競爭力的產(chǎn)品，該下降趨勢不那么劇烈。在其內部，使用了一種非常特殊的開關結構，以便使這些非線性開關位于一個低阻抗工作點上。這就大大降低了開關的影響。

圖7顯示一個10kHz輸入信號的4096采樣FFT

　　單通道ADS8329和雙通道ADS8330既不是市場上最快的SAR轉換器也沒有提供最低的噪聲性能，但是它們是一種非常獨特的最低功耗、高速、低噪聲和良好線性度的組合。這就使它們特別適合于那些重視低功耗和高性能的各種應用，例如：手持終端設備或多通道同步采樣應用等。

圖8總諧波失真與輸入頻率的關系