特點(diǎn)

•適合汽車應(yīng)用

•比率轉(zhuǎn)換

•單電源：2.7V至5V

•高達(dá)125kHz的轉(zhuǎn)換率

•串行接口

•可編程8位或12位分辨率

•2個輔助模擬輸入

•完全斷電控制

應(yīng)用

•個人數(shù)字助理

•便攜式儀器

•銷售點(diǎn)終端

•尋呼機(jī)

•觸摸屏顯示器

說明

ADS7843-Q1是一個12位采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），具有同步串行接口和低通阻開關(guān)，用于驅(qū)動觸摸屏。在125kHz吞吐量和+2.7V電源條件下，典型功耗為750μW。參考電壓（VREF）可以在1V和+VCC之間變化，提供0V到VREF的相應(yīng)輸入電壓范圍。該設(shè)備包括一種關(guān)機(jī)模式，可將典型功耗降低到0.5μW以下。ADS7843-Q1的工作電壓為2.7V。

低功耗、高速和板載交換機(jī)使ADS7843-Q1成為電池供電系統(tǒng)的理想選擇，例如帶有電阻式觸摸屏的個人數(shù)字助理和其他便攜式設(shè)備。ADS7843-Q1采用SSOP-16封裝，溫度范圍為-40°C至+85°C。

訂購信息

（1）、有關(guān)最新的軟件包和訂購信息，請參閱本文檔末尾的軟件包選項附錄。

典型特征

TA=25°C，VDD=5 V（除非另有說明）。

操作理論

ADS7843-Q1是一種典型的逐次逼近寄存器（SAR）ADC。該結(jié)構(gòu)基于電容再分配，其固有的采樣和保持功能。該變換器采用0.6μmcmos工藝制作。

ADS7843-Q1的基本操作如圖12所示。該設(shè)備需要一個外部基準(zhǔn)和一個外部時鐘。它的工作電壓為2.7V到5.25V。外部參考電壓可以是1V和+VCC之間的任何電壓。參考電壓的值直接設(shè)置轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。平均參考輸入電流取決于ADS7843-Q1的轉(zhuǎn)換率。

轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通過四通道多路復(fù)用器提供。低導(dǎo)通電阻開關(guān)的獨(dú)特配置允許一個未選擇的ADC輸入通道提供電源，以及一個附帶的引腳為外部設(shè)備提供接地。通過保持到轉(zhuǎn)換器的差分輸入和差分參考結(jié)構(gòu)，可以消除開關(guān)的導(dǎo)通電阻誤差（如果這是特定測量的誤差源）。

模擬量輸入

有關(guān)ADS7843-Q1上的輸入多路復(fù)用器、ADC的差分輸入和轉(zhuǎn)換器的差分基準(zhǔn)的框圖，請參見圖13。表1和表2顯示了A2、A1、A0和SER/DFR控制位與ADS7843-Q1配置之間的關(guān)系。控制位通過DIN引腳串行提供。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱本數(shù)據(jù)表的數(shù)字接口部分。

當(dāng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入保持模式時，+IN和–IN輸入之間的電壓差（見圖13）被捕捉到內(nèi)部電容器陣列上。模擬輸入端的輸入電流取決于設(shè)備的轉(zhuǎn)換率。在采樣期間，電源必須對內(nèi)部采樣電容器（通常為25pF）充電。電容器充滿電后，就沒有進(jìn)一步的輸入電流了。從模擬源到轉(zhuǎn)換器的電荷傳輸速率是轉(zhuǎn)換速率的函數(shù)。

參考輸入

+REF和–REF之間的電壓差（如圖13所示）設(shè)置模擬輸入范圍。ADS7843-Q1將在1V至+VCC范圍內(nèi)工作。關(guān)于參考輸入及其寬電壓范圍，有幾個關(guān)鍵項目。隨著參考電壓的降低，每個數(shù)字輸出代碼的模擬電壓權(quán)重也減小。這通常被稱為LSB（最低有效位）大小，等于參考電壓除以4096。隨著參考電壓的降低，ADC中固有的任何偏移或增益誤差都將以LSB的大小來增加。例如，如果給定轉(zhuǎn)換器的偏移量為2LSB，參考電壓為2.5V，則通常為5LSB，參考電壓為1V。在相同的情況下，每個裝置的實(shí)際偏移量為1.22mV。低噪聲、低噪聲、低噪聲、低噪聲、低噪聲、低噪聲的電源。

輸入到VREF輸入端的電壓沒有緩沖，直接驅(qū)動電容器數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADS7843-Q1的（CDAC）部分。通常，輸入電流為13μA，VREF=2.7V，F(xiàn)采樣=125kHz。根據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，該值將變化幾微安。參考電流隨轉(zhuǎn)換率和參考電壓的增加而減小。由于在時鐘周期內(nèi)，每個時鐘周期的基準(zhǔn)電流都不會很快減少。

在開關(guān)驅(qū)動器打開的情況下進(jìn)行測量時，還有一個關(guān)于參考的關(guān)鍵項目。對于這個討論，考慮一下ADS7843-Q1的基本操作是很有用的，如圖12所示。這個特殊的應(yīng)用程序顯示了用于數(shù)字化電阻式觸摸屏的設(shè)備。通過將X+輸入連接到ADC，打開Y+和Y-驅(qū)動器，將X+上的電壓數(shù)字化（如圖14所示），可以測量定點(diǎn)設(shè)備的當(dāng)前Y位置。對于該測量，X+導(dǎo)線中的電阻不影響轉(zhuǎn)換（它確實(shí)會影響穩(wěn)定時間，但電阻通常很小，因此不必?fù)?dān)心）。

然而，由于Y+和Y-之間的電阻相當(dāng)?shù)停琘驅(qū)動器的導(dǎo)通電阻確實(shí)會產(chǎn)生微小的差別。在目前概述的情況下，無論指針設(shè)備在觸摸屏上的哪個位置，都不可能實(shí)現(xiàn)0V輸入或全刻度輸入，因?yàn)閮?nèi)部開關(guān)會損失一些電壓。此外，內(nèi)部開關(guān)電阻不太可能跟蹤觸摸屏的電阻，從而提供了額外的誤差源。這種情況可以補(bǔ)救，如圖15所示。通過將SER/DFR位設(shè)置為低，+REF和–REF輸入直接連接到Y(jié)+和Y–。這使得A/D轉(zhuǎn)換率成了一種計量方法。轉(zhuǎn)換的結(jié)果始終是外部電阻的百分比，而不管它與內(nèi)部開關(guān)的導(dǎo)通電阻的關(guān)系如何變化。請注意，在使用比例工作模式時，有一個關(guān)于功耗的重要考慮因素，有關(guān)更多詳細(xì)信息，請參閱功耗部分。關(guān)于差分參考模式的最后一點(diǎn)，它必須與+VCC一起用作+REF電壓源，而不能與VREF一起使用。可以使用VREF上的高精度基準(zhǔn)和單端參考模式進(jìn)行無需比例計量的測量。或者，在某些情況下，可以直接從精密基準(zhǔn)為轉(zhuǎn)換器供電。大多數(shù)參考可以為ADS7843-Q1提供足夠的電源，但它們可能無法為外部負(fù)載（如電阻式觸摸屏）提供足夠的電流。

數(shù)字接口

圖16顯示了ADS7843-Q1數(shù)字接口的典型操作。此圖假定數(shù)字信號源是具有基本串行接口的微控制器或數(shù)字信號處理器。處理器和轉(zhuǎn)換器之間的每次通信由八個時鐘周期組成。一個完整的轉(zhuǎn)換可以通過三個串行通信完成，在DCLK輸入上總共24個時鐘周期。

前8個時鐘周期用于通過DIN引腳提供控制字節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)換器有足夠的關(guān)于以下轉(zhuǎn)換的信息以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置輸入多路復(fù)用器、開關(guān)和參考輸入時，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入采集（采樣）模式，如果需要，內(nèi)部開關(guān)打開。再過三個時鐘周期，控制字節(jié)完成，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入轉(zhuǎn)換模式。此時，輸入采樣和保持進(jìn)入保持模式，內(nèi)部開關(guān)可能關(guān)閉。接下來的12個時鐘周期完成了實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)換為比率（SER/DFR低），則在轉(zhuǎn)換過程中內(nèi)部開關(guān)處于打開狀態(tài)。轉(zhuǎn)換結(jié)果的最后一位需要13個時鐘周期。還需要三個時鐘周期來完成最后一個字節(jié)（DOUT將很低）。這些將被轉(zhuǎn)換器忽略。

控制字節(jié)

有關(guān)控制字節(jié)中控制位的位置和順序，請參見圖16。表3和表4給出了有關(guān)這些的詳細(xì)信息一點(diǎn)點(diǎn)。那個第一位，即“S”位，必須始終為高，并指示控制字節(jié)的開始。ADS7843-Q1將忽略DIN引腳上的輸入，直到檢測到起始位。接下來的三個位（A2-A0）選擇輸入多路復(fù)用器的一個或多個激活的輸入通道（見表1、表2和圖13）。模式位決定每次轉(zhuǎn)換的位數(shù)，12位（低）或8位（高）。

SER/DFR位控制參考模式：單端（高）或差分（低）。（差分模式也稱為比率模式在單端模式下，轉(zhuǎn)換器的參考電壓總是VREF和GND引腳之間的差值。差分模式下，參考電壓是當(dāng)前啟用的開關(guān)之間的差值。更多信息請參見表1和表2以及圖13至圖15。最后兩位（PD1-PD0）選擇斷電模式，如表5所示。如果兩個輸入都很高，則設(shè)備始終通電。如果兩個輸入都低，設(shè)備在轉(zhuǎn)換之間進(jìn)入斷電模式。當(dāng)一個新的轉(zhuǎn)換啟動時，設(shè)備將立即恢復(fù)正常運(yùn)行，不需要延遲就可以讓設(shè)備通電，第一次轉(zhuǎn)換將有效。在那里有兩種斷電模式：一種是禁用PENIRQ，另一種是啟用PENIRQ。

每次轉(zhuǎn)換16個時鐘

轉(zhuǎn)換n+1的控制位可以與轉(zhuǎn)換“n”重疊，以允許每16個時鐘周期進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，如圖17所示。此圖還顯示了處理器和轉(zhuǎn)換器之間每個字節(jié)傳輸之間可能與其他串行外圍設(shè)備發(fā)生的串行通信。

只要每次轉(zhuǎn)換在啟動后1.6毫秒內(nèi)完成，這是可能的。否則，在輸入采樣和保持上捕獲的信號可能下降到足以影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的程度。請注意，ADS7843-Q1是完全通電的，而其他串行通信正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

數(shù)字定時

圖19和表6提供了ADS7843-Q1數(shù)字接口的詳細(xì)時序。

數(shù)據(jù)格式

ADS7843-Q1的輸出數(shù)據(jù)采用直接二進(jìn)制格式，如圖18所示。此圖顯示給定輸入電壓的理想輸出代碼，不包括偏移、增益或噪聲的影響。

8位轉(zhuǎn)換

ADS7843-Q1提供了一種8位轉(zhuǎn)換模式，可在需要更快的吞吐量且數(shù)字結(jié)果不那么關(guān)鍵時使用。通過切換到8位模式，轉(zhuǎn)換提前四個時鐘周期完成。這可以與提供12位傳輸?shù)拇薪涌谝黄鹗褂茫蛘呖梢酝ㄟ^三個8位傳輸來完成兩個轉(zhuǎn)換。這不僅使每個轉(zhuǎn)換縮短了4位（吞吐量提高了25%），而且每個轉(zhuǎn)換實(shí)際上都可以以更快的時鐘速率進(jìn)行。這是因?yàn)锳DS7843-Q1的內(nèi)部穩(wěn)定時間并沒有那么關(guān)鍵，要達(dá)到8位以上的穩(wěn)定就足夠了。時鐘頻率可以快50%。更快的時鐘速率和更少的時鐘周期相結(jié)合，使轉(zhuǎn)換率提高了2倍。

功率損耗

ADS7843-Q1有兩種主要的電源模式：全功率（PD1-PD0=11B）和自動斷電（PD1-PD0=00B）。當(dāng)以全速運(yùn)行，每次轉(zhuǎn)換16個時鐘時（參見圖17），ADS7843-Q1將大部分時間用于獲取或轉(zhuǎn)換。幾乎沒有時間自動關(guān)機(jī)，假設(shè)此模式處于活動狀態(tài)。因此，全功率模式和自動斷電之間的差異可以忽略不計。如果只是通過降低DCLK輸入的頻率來降低轉(zhuǎn)換率，則兩種模式保持大致相等。然而，如果在轉(zhuǎn)換過程中，DCLK頻率保持在最大速率，但轉(zhuǎn)換的頻率很低，則兩種模式之間的差異是顯著的。

圖20顯示了降低DCLK頻率（“縮放”DCLK以匹配轉(zhuǎn)換率）或?qū)CLK保持在最高頻率和減少每秒轉(zhuǎn)換次數(shù)之間的區(qū)別。在后一種情況下，轉(zhuǎn)換器在斷電模式下的時間百分比會增加（假設(shè)自動斷電模式處于活動狀態(tài)）。

功耗的另一個重要考慮因素是轉(zhuǎn)換器的參考模式。在單端參考模式下，轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部開關(guān)只有在獲得模擬輸入電壓時才打開（見圖16）。因此，外部設(shè)備（例如電阻式觸摸屏）僅在采集期間通電。在差分參考模式下，外部設(shè)備必須在整個采集和轉(zhuǎn)換期間通電（見圖16）。如果轉(zhuǎn)換率很高，這會大大增加功耗。

布局

以下布局建議應(yīng)提供ADS7843-Q1的最佳性能。然而，許多便攜式應(yīng)用程序在功率、成本、尺寸和重量方面存在矛盾。一般來說，大多數(shù)便攜式設(shè)備都有相當(dāng)“干凈”的電源和接地，因?yàn)榇蠖鄶?shù)內(nèi)部組件的功率非常低。這種情況將意味著較少的旁路轉(zhuǎn)換器的功率和較少的關(guān)注接地。不過，每種情況都是獨(dú)特的，以下建議應(yīng)仔細(xì)審查。

為獲得最佳性能，應(yīng)注意ADS7843-Q1電路的物理布局。基本的SAR結(jié)構(gòu)對電源、基準(zhǔn)、接地連接和數(shù)字輸入上的小故障或突然變化非常敏感，這些變化發(fā)生在鎖定模擬輸出之前比較器，所以，在“n位”SAR轉(zhuǎn)換器的任何單個轉(zhuǎn)換過程中，存在n個窗口，其中大的外部瞬態(tài)電壓很容易影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。這種故障可能源于開關(guān)電源、附近的數(shù)字邏輯和大功率設(shè)備。數(shù)字輸出中的誤差程度取決于參考電壓、布局和外部事件的精確定時。如果外部事件相對于DCLK輸入隨時間變化，則錯誤可能會改變。

考慮到這一點(diǎn)，ADS7843-Q1的電源應(yīng)該是干凈的，并且可以很好地繞過。0.1μF陶瓷旁路電容器應(yīng)盡可能靠近裝置。如果+VCC和電源之間的連接阻抗很高，也可能需要1μF到10μF的電容器。同樣，應(yīng)使用0.1μF繞過參考電容器。如果參考電壓源于運(yùn)算放大器，確保它能驅(qū)動旁路電容器而不產(chǎn)生振蕩。ADS7843-Q1的吸力非常小平均來自基準(zhǔn)的電流，但在短時間內(nèi)（在轉(zhuǎn)換期間，在DCLK的每個上升沿上）對參考電路提出了更大的要求。

ADS7843-Q1結(jié)構(gòu)對參考輸入沒有固有的噪聲或電壓變化抑制能力。當(dāng)參考輸入與電源相連時，這一點(diǎn)尤其值得關(guān)注。來自電源的任何噪聲和紋波都將直接出現(xiàn)在數(shù)字結(jié)果中。雖然可以濾除高頻噪聲，但由于線路頻率（50Hz或60Hz）引起的電壓變化很難消除。

GND引腳應(yīng)連接到干凈的接地點(diǎn)。在許多情況下，這將是“模擬”地面。避免太靠近微控制器或數(shù)字信號處理器接地點(diǎn)的連接。如果必要時，直接從轉(zhuǎn)換器到電源入口或蓄電池連接點(diǎn)進(jìn)行接地追蹤。理想的布局將包括專用于轉(zhuǎn)換器和相關(guān)模擬電路的模擬接地層。

在使用電阻式觸摸屏的特定情況下，應(yīng)注意轉(zhuǎn)換器和觸摸屏之間的連接。由于電阻式觸摸屏的電阻相當(dāng)?shù)停曰ミB應(yīng)盡可能短而堅固。較長的連接將是一個錯誤的來源，很像內(nèi)部開關(guān)的導(dǎo)通電阻。同樣，當(dāng)接觸電阻隨彎曲或振動而變化時，松動的連接可能是一個誤差源。

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