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1、 AD976 16-Bit BicMOS 模/数转换器 特性：快速 16-Bit ADC 转换速率：200kSPS-AD976A,100kSPS-AD976,+5V 单电源工作 输入范围：10V 低功耗：100mW 可采用外部或内部 2.5V 基准 高速并行接口 片上时钟 28 线 DIP,SSOP or SOIC 封装 绝对极限参数 1 模拟输入 Vin：25V CAP:+V ANA+0.3V to AGND2-0.3V 接地电压误差 DGND,AGND1,AGND2 0.3V 电源电压 +VANA:7V VDIG to VANA 7V VDIG:7V 数字输入:-0.3V to VDIG+
2、0.3V 芯片功耗：PDIP(N,SOIC(R,SSOP(RS 700mW 结温：+15 0 存储温度：N,R,RS）-65-+150 引线温度范围：7-13 D14-D8 14 DGND 15-21 D7-D1 22 D0(LSB 23 BYTE 24 R/25 26 27 VANA 28 VDIG 描述 模拟输入。在 VIN 和模拟信号源之间连接电阻 200，满量程电压：10 V 模拟地。用作基准源 REF 引脚接地参考点。基准源输入 /输出。该引脚内部 +2.5V 基准是有效的。也可选择外部基准源，当选择外部基准时就会覆盖内部基准。不管那种情况，都需要在 REF 和 AGND1 之间连接
3、 2.2UF 的坦电容。基准源缓冲输出。在 CAP 和 AGND2N 之间需要连接 2.2UF 的坦电容。模拟地。数据 Bit 15。A/D 转换结果的最高位表征。当 为高或 R/为低时，呈 现高阻状态。数据 Bit 14-8。当 为高或 R/为低时，呈现高阻状态。数字地。数据 Bit 7-1。当 为高或 R/为低时，呈现高阻状态。数据 Bit 0。A/D 转换结果的最低位表征。当 为高或 R/为低时，呈现 高阻状态。字节选择。当 BYTE 为低，数据输出引脚 6D15）是 MSB,引脚 22D0）为 LSB。当 BYTE 为高，高 8 为和低 8 为将被切换，D15-D8 输出到引脚 15-
4、22 和 D7-D0 输出到引脚 6-13。读数/转换输入。当 为低，R/下降沿开始采样转换；上升沿数据输 出。芯片选择输入。内部和 R/或，当 R/低，下降沿开始转换。当 R/高，下降沿将输出数据。当 为高时，数据输出位为高阻状态。忙输出。该引脚在转换开始和转换期间输出一直为低，直到转换完成和数据 锁存到输出寄存器为止。当 为低 R/高时，上升沿数据有 效。上升沿用于锁存输出数据。模拟供电电源。一般为+5V。数字电路供电电源。一般为+5V。技术参数定义 积分非线性误差 INL）线性误差是指从“负满量程”到“正满量程”这条直线上每个代码的偏差。在第一码过渡之前的点是负 满量程的 1/2LSB。
5、正满量程定义一级 1/2LSB，它超过最后一个码的过渡。偏差是测量这条真实直线上的每个特定代码来的。微分非线性误差 DNL）注這该协议资料可用在各个民事主体之间设立变更终其对应的民事法卸关系而订立进而确定各自的权利和义务条款对当事人具有约束力需各自遵守材料内容可根据实际情况作相应修改请在使用时认真阅读甲方仓储有限公司乙方进口的位置面积和用甲方将位于市路村幢的仓库以及办公用房一间租赁给乙方使用仓库租赁面积经双方认可确认为建筑面积平方米实际租赁面积为平方米办公用房面积为平方米乙方租赁此仓库用于开办经海关审批验收合格的公用保税仓性在海关允许的情况下乙方将酌情把此仓库的一楼委托甲方统一经营管理第二条保
6、税物资的管理乙方租用甲方仓库所存货物系海关监管物资未经杭州海关许可甲方不得擅自转移拆封提交或作其他处理甲方负责提供小时不间断的保安 在理想的 ADC 中，每一个 LSB 码是分开的。微分非线性是这个理想值的最大误差。是保证在没有误码的情况下，通常为分辨率的关系。满量程误差 末尾码+1 转换 从 011 10 到 011 11）将出现一个低于满量程的 1/2LSB 的模拟电压 对于 10V 范围 是 9.9995422V）。满量程 误差是理想值最后的偏差的实际水平转换。双极性 0 点误差 双极性 0 点误差是理想的中间量程输入电压 0V）和中间输出码所转换的实际电压之间的差异。输入带宽 输入带宽
7、是满量程输入电压下降 3dB 的区域的输出幅值重建的基本的频率。全功率带宽 全功率带宽定义为满量程输入频率信号 噪声+失真）下降 60BdB,具有 10Bit 精度。窗口抖动 窗口抖动是对于显示在输入 A/D 上的噪声成功采样的窗口变化。瞬态响应 在输入电压步进到满量程后，AD976/AD976A 要达到额定精度要需要一定的时间。过电压恢复 在模拟输入信号电压是满量程的 150%降低到满量程的 50%后，ADC 恢复到满精度是需要一定的时间。信号到噪声失真比 =(6.02N+1.76 dB。N 是 Bit 的数 因此，对于理想的 16Bit 转换器，S/(N+D=98 dB。该芯片采用低噪声、
8、低失真正玄波信号加到 Vin 引脚，以 200kHZ 转换速率采样。通过快速的傅立叶转 换 FET）产生绘图，就能获得信号到噪声失真比 为 86.23dB。因为测量 S/(N+D 小于理论值，可以获得一定程度的性能表现在有效数字位 (RC 1.76/6.02 对于输入信号 45kHz,典型有效数字位 THD 失真率 是所有谐波有效值之和到基波有效值的比值。对于 AD976/AD976A 的 THD 定义为：注這该协议资料可用在各个民事主体之间设立变更终其对应的民事法卸关系而订立进而确定各自的权利和义务条款对当事人具有约束力需各自遵守材料内容可根据实际情况作相应修改请在使用时认真阅读甲方仓储有限
9、公司乙方进口的位置面积和用甲方将位于市路村幢的仓库以及办公用房一间租赁给乙方使用仓库租赁面积经双方认可确认为建筑面积平方米实际租赁面积为平方米办公用房面积为平方米乙方租赁此仓库用于开办经海关审批验收合格的公用保税仓性在海关允许的情况下乙方将酌情把此仓库的一楼委托甲方统一经营管理第二条保税物资的管理乙方租用甲方仓库所存货物系海关监管物资未经杭州海关许可甲方不得擅自转移拆封提交或作其他处理甲方负责提供小时不间断的保安 V1 是基波的有效值幅值，V2 V6 是二次到 6 次谐波的有效值幅值。这也是 ADC 输出频谱获得的 FET 绘 图的 THD，指示在图 10 为-105.33dB 。无杂散动态范
10、围 (SPFD 无杂散动态范围的定义是不同的，用 dB 表示，以 ADC 输出频谱 来之前下降沿不少于 10 个 ns 应用于 ADC。一旦这两个脉 冲应用,忙 将变低,并保持低电平 ,直到转换完成。最多 4 uS 后(仅 AD976A，忙将再次返回 高,并将有效的并行数据在 ADC 上输出。在达到最大 100kHZ/200kHZ 吞吐率的情况下，R/和 的负 脉冲控制信号应采用每 5 us(AD976A 。也应该指出 ,尽管所有的 R/和 命令将忽略曾经开始一次转 换，这些输入确定在一次转换，即。,在转换期间可以执行一次读数。这些输入的电压瞬变可能加到模拟 电路和影响转换结果。注這该协议资料
11、可用在各个民事主体之间设立变更终其对应的民事法卸关系而订立进而确定各自的权利和义务条款对当事人具有约束力需各自遵守材料内容可根据实际情况作相应修改请在使用时认真阅读甲方仓储有限公司乙方进口的位置面积和用甲方将位于市路村幢的仓库以及办公用房一间租赁给乙方使用仓库租赁面积经双方认可确认为建筑面积平方米实际租赁面积为平方米办公用房面积为平方米乙方租赁此仓库用于开办经海关审批验收合格的公用保税仓性在海关允许的情况下乙方将酌情把此仓库的一楼委托甲方统一经营管理第二条保税物资的管理乙方租用甲方仓库所存货物系海关监管物资未经杭州海关许可甲方不得擅自转移拆封提交或作其他处理甲方负责提供小时不间断的保安 图 3
12、 保持低）A/D 转换后输出使能的转换器时序 图 4 使用 控制 A/D 转换和读数时序 无论何种方法控制转换器，在 为低大约 3.7 s仅 AD976A ）期间，从“n-1”转换输出数据将有 效，忙 之前 50nst 10）报高的时间中，输出数据从“n”开始转换到转换完成将有效的。然而，建议 读取数据要在 忙转高后立即进行，因为这个时机更清楚地定义转换数据并提供最佳性能。图 5 指 示了 BYTE 引脚的功能和显示了只有当 R/为高和 为低，如何输出有效两个补充二进制数据格式。B YTE 引脚使总线上的输出数据，对于读数来说，在引脚 6-13 和引脚 15-22 能够读取全并行输出数据或两
13、个 8 位字节数据。注這该协议资料可用在各个民事主体之间设立变更终其对应的民事法卸关系而订立进而确定各自的权利和义务条款对当事人具有约束力需各自遵守材料内容可根据实际情况作相应修改请在使用时认真阅读甲方仓储有限公司乙方进口的位置面积和用甲方将位于市路村幢的仓库以及办公用房一间租赁给乙方使用仓库租赁面积经双方认可确认为建筑面积平方米实际租赁面积为平方米办公用房面积为平方米乙方租赁此仓库用于开办经海关审批验收合格的公用保税仓性在海关允许的情况下乙方将酌情把此仓库的一楼委托甲方统一经营管理第二条保税物资的管理乙方租用甲方仓库所存货物系海关监管物资未经杭州海关许可甲方不得擅自转移拆封提交或作其他处理甲
14、方负责提供小时不间断的保安 图 5 使用 和 BYTE 功能控制数据总线读数时序 模拟量输入 图 6 指示了 AD976 采用内部参考模时拟量输入的选择。模拟量输入范围标称值为双极性-10V 到+10 V。因为 AD976/AD976A 可采用内部或外部参考工作，对于满量程模拟输入范围 4V REF 表示为最好。标 称的输入阻抗是 233K /13K 和 22pF 的输入电容。模拟输入部分有 25V 过电压保护。因为 AD976/AD976A 有两个模拟地要确保模拟输入引用 AGND1 引脚地，低电流地是重要的。因为与电阻相关地都 会存在最小化电压降问题。同样重要的是确保的模拟输入 AD976
15、/AD976A 是一个低阻抗源。与它的相 关的主要是电阻模拟输入电路，可广泛选择通用运算放大器来驱动 ADC。偏置和增益调整 AD976/AD976AO 在制造厂已修整到最小化增益 和线性误差。在某些应用中，模拟输入信号需要 满足 ADC 的全部动态范围，增益和偏置误差需要 外部调整为零。图 8 显示了需要对这些偏置和增 益误差校正的调整电路。图 9 显示了 AD976/AD 976A 的双极性传输特征。需要调整偏置误差必须校正增益误差。校正偏置 电阻 R3 将使输入电压的接地压降达到比地低 1/2 LSB 这个目标。通过在输入应用一个电压-152.6V 图 6 AD976 10V 输入连接
16、采用片上参考源）和调整电位器，直到 1111 1111 1111 和 0000 000 图 7 AD976A 10V 输入连接 或最后的代码转 换(ADC 正满量程 进行。对调整满量程误差时，输入模拟电压为 9.999542V(FS/2(RC3/2 LSBs 调整 R4 使得输出码在 0111 1111 1111 1111 和 0111 1111 1111 1110 最后一个正码转换颤动。第一个码也需要 调整，调整步骤是输入模拟电压为-9.999847V(RCFS/2+1/2LSB 来调整，使得输出码在 1000 0000 0000 0000 和 1000 0000 0000 0001 之间跳
17、变。注這该协议资料可用在各个民事主体之间设立变更终其对应的民事法卸关系而订立进而确定各自的权利和义务条款对当事人具有约束力需各自遵守材料内容可根据实际情况作相应修改请在使用时认真阅读甲方仓储有限公司乙方进口的位置面积和用甲方将位于市路村幢的仓库以及办公用房一间租赁给乙方使用仓库租赁面积经双方认可确认为建筑面积平方米实际租赁面积为平方米办公用房面积为平方米乙方租赁此仓库用于开办经海关审批验收合格的公用保税仓性在海关允许的情况下乙方将酌情把此仓库的一楼委托甲方统一经营管理第二条保税物资的管理乙方租用甲方仓库所存货物系海关监管物资未经杭州海关许可甲方不得擅自转移拆封提交或作其他处理甲方负责提供小时不
18、间断的保安 图 8 偏置和增益调整输入连接图 AD976 的外部 200 和 33.2k 电阻提供了内部调整 偏置和增益并获得允许误差的补偿，而且是采用 图 9 AD976/AD976 双极性转换特性 单电源。这些电阻在某些应用程序中可能并不需 要，但应该指出他们将的抵消偏置和增益所带来 的误差，是列于电气规范的数据表以外附加的。表一和表二列举了 AD976/AD976A 双极性 0 点 偏置）误差和满量程 这 个方法。一般描述：AD976 和 AD976A 均为高速、低功耗、16 位模数转换器 (ADC ，采用 5 V 单电源供电。AD976A 的吞吐速率为 200 ksps ，而 AD97
19、6 的吞吐速率为 100 ksps 。各器件均内置一个逐次逼近型开关电容 ADC、一个 2.5 V 内部基准电压源和一个高速并行接口。最大功耗均为 100 mW。该 ADC 经过工厂校 准，所有线性误差均被降至最小。模拟满量程输入为 10 V 的标准工业范围。信噪比(SNR 和总谐波失真 (THD 等交流参数，以及失调、增益和线性度等一般参数均经过全面测试。AD976 和 AD976A 采用 ADI 公司专有的 BiCMOS 工艺制造，兼有高性能双极性器件和 CMOS 晶体管的 优点。二者均提供超小型 28 引脚 DIP、SSOP 和 SOIC 三种封装。参考电压 与温度变化的曲线是相 对的注
20、意在温度为+25 时标准化曲线为 0 误差。如果要改善参考电压源漂移性能，外部要引用如 AD 780 漂移低至 3ppm/的参考电压源。为了简化得到电压的驱动要求(内部或外部，片上提供了参考电 压源缓冲器。该缓冲的输出为 CAP 引脚有效地提供用户使用；但是，当外部加载到参考电压源缓冲时，重要的是要确保适当的预防措施来使 ADC 的性能影响降到最小化。图 14 显示了参考缓冲区的负载调节 率。注意,曲线数据也归一化，这样零位误差没有直流负载。在线性区域,输出阻抗此时通常是 1 欧姆。因 为这个 1 欧姆输出阻抗,重要的是要尽量减少任 何交流或输入依赖加载，将导致失真。任何直 图 10 AD78
21、0 外部基准源连接 AD976/AD976A 流负载只会作为增益误差。尽管图 14 显示 AD 976 的典型特性能驱动大于 15mA 的负载，但不建议使用时稳态电流超过 2mA。除了芯片上的参考，也可以应用外部 2.5V 参考。16 位应用在选择外部参考时，然而，要小心要注意 噪音和温度漂移。这些重要的规范对 ADC 的性能有显著的影响。图 10 显示了 AD976/AD976A 采用 AD780 电压参考源应用于 REF 引脚。AD780 是带隙参考源具 有超低漂移，低初始误差和低输出噪声。对于低功 耗应用，REF192 提供低静态电流、高精度和低的 温度漂移的解决方案。AC，THD 和虚
22、假的自由动态 的范围内。这些术语在跟随章节部分有更详细的讨 论。作为一般规则，建议采用多次转换后取平均来减少 图 11 频谱 和 THD 等参数。AD9 76/AD976A 的交流特性可以优化操作 ADC 的最大 100 千赫/200 khz 的采样率和数字滤波结果所需的位流信号带宽.。通过噪声分布更广泛的频率范围，感 兴趣的频段噪声密度就减少了。例如，如果需要输入带宽是 50 kHz，AD976A 可以采用 2 倍以上的采样 率。这将收益有效信噪比 SNR）性能提高 3dB 的改善。DC 直流）特性 制造厂把校准方案用于 AD976/AD976A 补偿包括位 作了一次转换，使得直流线性性能达
23、到了优秀级。图 11、12、15、16、17 和 18,，分别显示了 AD976/AD976A 在+25时，典型的 INL,典型的 DNL,典型的正极性和负极性 INL 的分布图。直方图测试是一种统计方法,它可获得 A/D 转换器的微分非线性。锯齿波输入采样 ADC 作大量的转 换和存储。从理论上讲，代码都是同样大小和因此出现同等数量。一个代码与出现的平均数量有一个“0”的微分非线性 DNL）。这是不同的代码比平均的 DNL 是大于或小于零 LSB。-1 LSB 微分非线性 DNL 表 明有缺码在 16 位量级和 ADC 只有 15 位的性能。电源和去耦 AD976 和 AD976A 有两个电
24、源输入引脚。VANA 和 VDIG 分别提供模拟和数字部分的电源电压。V ANA 是+5V 为芯片上的模拟电路，VDIG 也是+5V 为芯片上的数字电路。AD976 和 AD976A 设计为独立的供电电源，具有自由的封闭回路。在高性能线性中，供电电源会导致 注這该协议资料可用在各个民事主体之间设立变更终其对应的民事法卸关系而订立进而确定各自的权利和义务条款对当事人具有约束力需各自遵守材料内容可根据实际情况作相应修改请在使用时认真阅读甲方仓储有限公司乙方进口的位置面积和用甲方将位于市路村幢的仓库以及办公用房一间租赁给乙方使用仓库租赁面积经双方认可确认为建筑面积平方米实际租赁面积为平方米办公用房面
25、积为平方米乙方租赁此仓库用于开办经海关审批验收合格的公用保税仓性在海关允许的情况下乙方将酌情把此仓库的一楼委托甲方统一经营管理第二条保税物资的管理乙方租用甲方仓库所存货物系海关监管物资未经杭州海关许可甲方不得擅自转移拆封提交或作其他处理甲方负责提供小时不间断的保安 产生不理想的电路性能。最佳的电源管理选择是小于 1%的纹波系数。电源的交流输出阻抗是跟频率有关的复杂函数，随频率增加而增加。在数字电路中通常会碰到高频开关信号，需要快速的瞬态电流而大多数电源不能足够提供响应。这种情况电源会导致产生大的尖刺电压。通常为了补偿电源的有限的交流输出阻抗，电荷“储备”要采用旁路电容。这就有效地 降低供电电源
26、阻抗提供给 AD976 和 AD976A 的 VANA 和 VDIG 引脚来降低量级的尖刺电压。旁路电容典型值一般为 0.1uF，布局应靠近该芯片上的电源引脚，以达到 VANA 和 VDIG 引脚和电容之间的最小化感应电势。AD976 和 AD976A 可采用单+5V 电源工作。当使用单电源时，然而有益于采用 10uF 的大电容，布局在逻辑电源 VDIG）和数字公共端 DGND）和模拟电源 VANA）和模拟公共端 AGND2）之间。此外，10uF 的电容应位于 ADC 附近进一步减少低频纹波。在系统中，这里将遭受严酷的环境噪声耦合，附加退耦电路非常必要。接地 AD976/AD976A 有三个接
27、地引脚；AGND1、AGND2 和 DGND。模拟地引脚是“高质量”接地 参考点应连接系统模拟地。AGND2 接地是 ADC 芯片内部模拟信号参考。这个接地对电流感 应电压降是非常敏感，必须保证是最小的电阻连接到电源地。ADGND1 是一个小电流模拟供电地，对于外部参考源来说是输入运放驱动电路和输入电阻分配器电路模拟公共接地点。因为应用这个接地，任何一个接地变化都将微小的偏移，对 ADC 模拟输入产生影响。DGND 是数字接地引脚，是 AD976/AD976A 控制的所有数字信号接地参考点。AD976/AD976A 供电提供两个独立电源或采用一个模拟电源。当系统数字电源有噪声或 快速开关信号出
28、现时，推荐模拟电源连接到 Vana 和 Vdig 引脚，系统电源连接其余的数字电路。AGND1、AGND2 和 DGND 连接到 ADC 的接地回路。当芯片的数字输出引脚 数据总线）出现活跃时，ADC 芯片的数字和模拟电源引脚将被隔离。这就消除了任何高速数字噪声和 该芯片模拟部分。这种配置是数字接地引脚 DGND 应连接到系统数字地隔离 AGND 引脚。PCB 设计 设计高分辨数据转换需要仔细设计 PCB.PCB板上的走线阻抗是一个重要问题。1.22mA 的电流流过 0.5 欧姆的连线将产生 0.6mV 电压降，意味着超过输入 20V 满量程 16-bit A/D 的 2LSBs。接地电路阻抗
29、要做到尽量的小，因为任何一个接地如信号源地和输入信号会串联一个误差电压加到 ADC 的输入端。因此必须考虑接地点电压降的感应和电容耦合。更 要特别考虑在高精度模拟信号和数字信号在布局同一块 PCB 板的接地。因此，要做到最小化输入噪声耦合，要必须保证 Vin 的输入信号引线和信号地引线要尽可能的短。另外，供电电源要附加退耦滤波器滤除交流噪声。模拟和数字信号不应该分享同一通路。每一个信号都需具有合适的模拟地和数字地按路径发送和闭合。使用这种方法，信号环路需要闭合小区域，使得噪声感应耦合最小化。宽的印制电路引线，推荐大规格布线和大面积接地方法可以使信号通道提供低阻抗。另一种推荐方法，是采用一点接地
30、的最小接地环路分别连接到模拟地和数字地。模拟信号布线要尽量远离高速数字信号而只是穿过，如果完全需要布线，也要按一定角度布线。此外，推荐多层 PCB 来分离电源和地线层。当设计分离层时，仔细设计焊盘连接到该层 。注這该协议资料可用在各个民事主体之间设立变更终其对应的民事法卸关系而订立进而确定各自的权利和义务条款对当事人具有约束力需各自遵守材料内容可根据实际情况作相应修改请在使用时认真阅读甲方仓储有限公司乙方进口的位置面积和用甲方将位于市路村幢的仓库以及办公用房一间租赁给乙方使用仓库租赁面积经双方认可确认为建筑面积平方米实际租赁面积为平方米办公用房面积为平方米乙方租赁此仓库用于开办经海关审批验收合格的公用保税仓性在海关允许的情况下乙方将酌情把此仓库的一楼委托甲方统一经营管理第二条保税物资的管理乙方租用甲方仓库所存货物系海关监管物资未经杭州海关许可甲方不得擅自转移拆封提交或作其他处理甲方负责提供小时不间断的保安