AD7177-2：32位、10 kSPS Σ-Δ型ADC詳細(xì)介紹

一、產(chǎn)品概述

AD7177-2是一款由ADI（亞德諾投資有限公司）推出的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），它采用了32位Σ-Δ（Sigma-Delta）架構(gòu)，具有10 kSPS（每秒千次采樣）的采樣速率和100 μs（微秒）的建立時(shí)間。這款A(yù)DC集成了真軌到軌緩沖器，為用戶(hù)提供了卓越的性能和靈活性，特別適用于低帶寬輸入的應(yīng)用場(chǎng)景。

二、產(chǎn)品特性

1. 高精度與高分辨率

   AD7177-2提供了高達(dá)32位的數(shù)據(jù)輸出，這使其能夠捕捉極其微小的信號(hào)變化。在不同采樣速率下，其無(wú)噪聲分辨率也有所不同：在10 kSPS采樣速率下，無(wú)噪聲分辨率為19.1位；在2.5 kSPS采樣速率下，無(wú)噪聲分辨率為20.2位；在5 SPS（每秒采樣數(shù)）采樣速率下，無(wú)噪聲分辨率為24.6位。這種高分辨率特性使得AD7177-2非常適合需要高精度測(cè)量的應(yīng)用，如過(guò)程控制、溫度和壓力測(cè)量等。

2. 快速且靈活的輸出速率

   AD7177-2的輸出數(shù)據(jù)速率范圍從5 SPS到10 kSPS，用戶(hù)可以根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的采樣速率。同時(shí)，該ADC還具有快速的通道掃描速率，最大可達(dá)10 kSPS/通道（即100 μs的建立時(shí)間），這使得它能夠在短時(shí)間內(nèi)快速掃描多個(gè)通道，提高測(cè)量效率。

3. 用戶(hù)可配置的輸入通道

   AD7177-2提供了用戶(hù)可配置的輸入通道選項(xiàng)，支持2個(gè)全差分通道或4個(gè)單端通道。用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的輸入通道配置，并通過(guò)交叉點(diǎn)多路復(fù)用器實(shí)現(xiàn)靈活的通道切換。這種可配置性使得AD7177-2能夠適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用需求。

4. 集成真軌到軌緩沖器

   模擬輸入端和外部基準(zhǔn)電壓輸入端集成了真軌到軌緩沖器，這種設(shè)計(jì)提供了易于驅(qū)動(dòng)的高阻抗輸入。真軌到軌緩沖器能夠確保信號(hào)在整個(gè)輸入范圍內(nèi)都能得到良好的緩沖和放大，從而提高ADC的輸入性能。

5. 精密內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源

   AD7177-2內(nèi)置了2.5 V低漂移（±2 ppm/°C）帶隙基準(zhǔn)電壓源，并帶有輸出基準(zhǔn)電壓源緩沖器。這種精密的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源減少了外部元件數(shù)，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。同時(shí)，低漂移特性確保了基準(zhǔn)電壓在不同溫度下的穩(wěn)定性，從而提高了ADC的測(cè)量精度。

6. 靈活的數(shù)字濾波器選項(xiàng)

   AD7177-2提供了三種靈活的數(shù)字濾波器選項(xiàng)：Sinc5 + Sinc1濾波器、Sinc3濾波器和增強(qiáng)型50 Hz/60 Hz抑制濾波器。用戶(hù)可以根據(jù)應(yīng)用中每個(gè)通道的需要選擇不同的濾波器選項(xiàng)，以?xún)?yōu)化噪聲、建立時(shí)間和抑制性能。例如，Sinc5 + Sinc1濾波器在10 kSPS及更低的輸出數(shù)據(jù)速率時(shí)，可實(shí)現(xiàn)單周期建立；Sinc3濾波器在較低速率時(shí)可實(shí)現(xiàn)最佳單通道噪聲性能。

7. 單周期建立模式

   AD7177-2支持單周期建立模式，通過(guò)將ADC模式寄存器的SING_CYC位設(shè)置為1，可以?xún)H輸出完全建立的數(shù)據(jù)。此模式將輸出數(shù)據(jù)速率降至與選定輸出數(shù)據(jù)速率的ADC建立時(shí)間相等的水平，從而實(shí)現(xiàn)單周期建立。這對(duì)于需要高精度和高速度的應(yīng)用場(chǎng)景非常有用。

8. 多電源供電選項(xiàng)

   AD7177-2采用了多電源供電設(shè)計(jì)，包括AVDD1、AVDD2和IOVDD三個(gè)獨(dú)立的電源。AVDD1為交叉點(diǎn)多路復(fù)用器和集成的模擬與基準(zhǔn)輸入緩沖器供電；AVDD2為內(nèi)部1.8 V模擬LDO穩(wěn)壓器供電，該穩(wěn)壓器為ADC內(nèi)核供電；IOVDD為內(nèi)部1.8 V數(shù)字LDO穩(wěn)壓器供電，該穩(wěn)壓器為ADC的數(shù)字邏輯供電。這種多電源供電設(shè)計(jì)提高了ADC的靈活性和適應(yīng)性。

9. 寬溫度范圍

   AD7177-2的額定工作溫度范圍為-40°C至+105°C，這使得它能夠在各種惡劣環(huán)境下正常工作。這種寬溫度范圍特性使得AD7177-2非常適合工業(yè)控制、汽車(chē)電子等領(lǐng)域的應(yīng)用。

10. 小型封裝

    AD7177-2采用了24引腳TSSOP封裝，這種小型封裝設(shè)計(jì)使得它能夠在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。這對(duì)于需要小型化設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景非常有用。

三、工作原理

AD7177-2采用Σ-Δ（Sigma-Delta）架構(gòu)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。Σ-Δ架構(gòu)是一種過(guò)采樣技術(shù)，它通過(guò)以遠(yuǎn)高于奈奎斯特速率的采樣速率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并利用數(shù)字濾波器對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

在AD7177-2中，模擬輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)真軌到軌緩沖器進(jìn)行緩沖和放大，然后進(jìn)入Σ-Δ調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制。Σ-Δ調(diào)制器通過(guò)過(guò)采樣和噪聲整形技術(shù)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)隨后經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器進(jìn)行處理，以去除高頻噪聲和量化噪聲，并提取出有用的信號(hào)信息。最后，處理后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)串行接口輸出給外部微控制器或DSP等處理單元進(jìn)行進(jìn)一步處理。

四、性能參數(shù)

1. 分辨率與無(wú)噪聲分辨率

• 32位數(shù)據(jù)輸出

• 19.1位無(wú)噪聲分辨率（10 kSPS）

• 20.2位無(wú)噪聲分辨率（2.5 kSPS）

• 24.6位無(wú)噪聲分辨率（5 SPS）

2. 采樣速率與通道掃描速率

• 輸出數(shù)據(jù)速率范圍：5 SPS至10 kSPS

• 最大通道掃描速率：10 kSPS/通道（100 μs建立時(shí)間）

3. 積分非線(xiàn)性（INL）

• FSR的±1 ppm

4. 50 Hz和60 Hz濾波抑制

• 85 dB抑制，建立時(shí)間為50 ms

5. 基準(zhǔn)電壓源

• 2.5 V片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源（±2 ppm/°C漂移）

6. 電源參數(shù)

• AVDD1：5 V（單電源）或±2.5 V（分離電源）

• AVDD2：2 V至5 V

• IOVDD：2 V至5 V

7. 工作溫度范圍

• -40°C至+105°C

8. 封裝形式

• 24引腳TSSOP封裝

五、應(yīng)用場(chǎng)景

AD7177-2憑借其高性能和靈活性，在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。以下是一些典型的應(yīng)用場(chǎng)景：

1. 過(guò)程控制

   AD7177-2的高精度和高分辨率特性使其非常適合過(guò)程控制應(yīng)用。例如，在PLC（可編程邏輯控制器）和DCS（分布式控制系統(tǒng)）模塊中，AD7177-2可以用于監(jiān)測(cè)和控制各種工業(yè)過(guò)程參數(shù)，如溫度、壓力、流量等。通過(guò)快速且準(zhǔn)確地采集這些參數(shù)數(shù)據(jù)，AD7177-2有助于實(shí)現(xiàn)更高效的過(guò)程控制和優(yōu)化。

2. 溫度和壓力測(cè)量

   在溫度和壓力測(cè)量領(lǐng)域，AD7177-2同樣表現(xiàn)出色。其高精度測(cè)量能力使得它能夠準(zhǔn)確捕捉溫度和壓力的變化，為各種工業(yè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。例如，在氣象站、環(huán)境監(jiān)測(cè)站等領(lǐng)域，AD7177-2可以用于測(cè)量大氣溫度和壓力等參數(shù)。

3. 醫(yī)療與科學(xué)多通道儀器

   AD7177-2的用戶(hù)可配置輸入通道和靈活的數(shù)字濾波器選項(xiàng)使其非常適合醫(yī)療與科學(xué)多通道儀器應(yīng)用。例如，在心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)等醫(yī)療設(shè)備中，AD7177-2可以用于同時(shí)采集多個(gè)生物電信號(hào)通道的數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)字濾波器去除噪聲和干擾信號(hào)，提高信號(hào)的質(zhì)量和可靠性。

4. 色譜儀

   在色譜儀等分析儀器中，AD7177-2的高精度和高分辨率特性有助于實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的樣品分析和檢測(cè)。通過(guò)快速且準(zhǔn)確地采集色譜數(shù)據(jù)，AD7177-2可以為化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供有力的數(shù)據(jù)支持。

六、電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 電源設(shè)計(jì)

   在設(shè)計(jì)使用AD7177-2的電路時(shí)，需要注意電源的設(shè)計(jì)。AD7177-2采用了多電源供電設(shè)計(jì)，包括AVDD1、AVDD2和IOVDD三個(gè)獨(dú)立的電源。為了確保ADC的正常工作，需要為這些電源提供穩(wěn)定且符合規(guī)格要求的電壓。同時(shí)，還需要注意電源的濾波和去耦設(shè)計(jì)，以減少電源噪聲對(duì)ADC性能的影響。

2. 輸入信號(hào)調(diào)理

   由于AD7177-2的模擬輸入端集成了真軌到軌緩沖器，因此在設(shè)計(jì)輸入信號(hào)調(diào)理電路時(shí)需要注意緩沖器的驅(qū)動(dòng)能力和輸入阻抗匹配。為了確保信號(hào)在整個(gè)輸入范圍內(nèi)都能得到良好的緩沖和放大，需要選擇合適的輸入信號(hào)調(diào)理電路和元件參數(shù)。

3. 數(shù)字濾波器配置

   AD7177-2提供了多種數(shù)字濾波器配置選項(xiàng)，這是其設(shè)計(jì)靈活性的重要體現(xiàn)。用戶(hù)可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，選擇最適合的數(shù)字濾波器來(lái)優(yōu)化ADC的性能。

4. 數(shù)字濾波器選項(xiàng)的詳細(xì)介紹

• Sinc5 + Sinc1濾波器：
  這種濾波器組合在10 kSPS及更低的輸出數(shù)據(jù)速率時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)單周期建立。它提供了良好的噪聲性能和建立時(shí)間平衡，適用于需要較快響應(yīng)速度的應(yīng)用場(chǎng)景。

• Sinc3濾波器：
  Sinc3濾波器在較低速率時(shí)能夠提供最佳的單通道噪聲性能。它適用于對(duì)噪聲要求極高的應(yīng)用，如高精度測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等。

• 增強(qiáng)型50 Hz/60 Hz抑制濾波器：
  這種濾波器特別設(shè)計(jì)用于抑制50 Hz或60 Hz的工頻干擾。在需要測(cè)量微弱信號(hào)且存在工頻干擾的環(huán)境中，如電力監(jiān)測(cè)和生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理等，這種濾波器能夠顯著提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

5. 數(shù)字濾波器配置方法

   AD7177-2的數(shù)字濾波器配置是通過(guò)其內(nèi)部的寄存器設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用戶(hù)可以通過(guò)串行接口（如SPI接口）訪問(wèn)這些寄存器，并根據(jù)需要設(shè)置濾波器的類(lèi)型和參數(shù)。在配置過(guò)程中，用戶(hù)需要仔細(xì)閱讀AD7177-2的數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解各個(gè)寄存器的功能和設(shè)置方法，以確保正確配置數(shù)字濾波器。

6. 數(shù)字濾波器對(duì)性能的影響

   不同的數(shù)字濾波器選項(xiàng)對(duì)ADC的性能有著不同的影響。選擇合適的濾波器可以在噪聲、建立時(shí)間和抑制性能之間取得最佳平衡。例如，在需要快速響應(yīng)的應(yīng)用中，可以選擇Sinc5 + Sinc1濾波器以實(shí)現(xiàn)單周期建立；在對(duì)噪聲要求極高的應(yīng)用中，可以選擇Sinc3濾波器以獲得最佳的噪聲性能；在存在工頻干擾的環(huán)境中，可以選擇增強(qiáng)型50 Hz/60 Hz抑制濾波器以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

7. 實(shí)際應(yīng)用中的考慮

   在實(shí)際應(yīng)用中，選擇數(shù)字濾波器時(shí)還需要考慮其他因素，如系統(tǒng)的采樣速率、輸入信號(hào)的頻率特性、噪聲水平以及所需的測(cè)量精度等。用戶(hù)需要根據(jù)這些因素來(lái)綜合評(píng)估不同濾波器選項(xiàng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并選擇最適合自己應(yīng)用的濾波器配置。

8. 數(shù)字濾波器的優(yōu)化

   為了充分發(fā)揮AD7177-2的性能優(yōu)勢(shì)，用戶(hù)還可以對(duì)數(shù)字濾波器進(jìn)行優(yōu)化。例如，可以通過(guò)調(diào)整濾波器的參數(shù)來(lái)改善其頻率響應(yīng)特性，或者通過(guò)組合使用多種濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的信號(hào)處理功能。這些優(yōu)化措施可以進(jìn)一步提高ADC的測(cè)量精度和響應(yīng)速度。

AD7177-2提供的多種數(shù)字濾波器配置選項(xiàng)為其在各類(lèi)應(yīng)用中的靈活性和適應(yīng)性提供了有力支持。用戶(hù)可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇最適合的數(shù)字濾波器來(lái)優(yōu)化ADC的性能，從而實(shí)現(xiàn)更精確、更快速的測(cè)量和信號(hào)處理。