工业、仪器仪表、光通信和医疗保健行业有越来越多的应用开始使用多通道数据采集系统,导致印刷电路板 (PCB) 密度和热功耗方面的挑战进一步加大。这些应用对高通道密度的需求,推动了高通道数、低功耗、小尺寸集成数据采集解决方案的发展,还要求精密测量、可靠性、经济性和便携性。系统设计人员在性能、热稳定性和PCB密度之间进行取舍以维持较佳平衡,并且被迫不断寻找创新方式来解决这些挑战,同时要将总物料 (BOM) 成本降低较低。
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图6. 可穿戴电子设备简化框图
图7显示了AD7689用于一个多通道数据采集系统的简化框图,其提供易于使用的灵活配置选项和精密性能。它能解决与通道切换、序列化和建立时间相关的复杂设计问题,节省设计时间。
图7. AD7689典型应用框图(未显示所有连接和去耦)
AD7682/AD7689现可提供2.39 mm × 2.39 mm、引脚兼容、晶圆级芯片规模封装 (WLCSP),它比现有4 mm × 4 mm引线框芯片规模封装 (LFCSP) 或其他同类竞争器件小60%以上,故而可以在很小的系统空间中实现更高的电路密度。图8所示为小型WLSCP尺寸与标准6 mm铅笔尺寸对比图。
图8. AD7682/AD7689晶圆级芯片规模封装与标准铅笔的尺寸对比
AD7682/AD7689 WLCSP芯片的有源侧在反面,可以利用焊球连接到PCB,图11显示了PCB装配后的芯片尺寸。PCB装配后芯片表面与基板之间的实际距离(离板高度)与印刷在基板上的阻焊网和焊盘直径有关。
图9. PCB装配后的AD7682/AD7689 WLCSP尺寸
AD7682/AD7689需要一个模拟和数字内核电源 (VDD) 以及一个数字输入/输出接口电源 (VIO),以便与任何介于1.8 V和VDD之间的逻辑直接接口。VDD和VIO引脚也可以连在一起以节省系统所需的电源数量,并且它们与电源时序无关。这些器件采用5 V (VDD) 和1.8 V (VIO) 电源供电,其功耗与吞吐速率成线性比例关系,故而可以实现非常低的功耗:在采用外部5 V基准电压源的情况下,100 SPS时的典型功耗约为1.7 μW,250 kSPS时为12.5 mW,如图10所示。因此,该ADC具有高效率,对高低采样速率(甚至低至数Hz)均适合,能够很好地支持便携式和电池供电系统。该器件的重要特性之一是其会在每个转换阶段结束时自动关断,仅消耗非常低的待机电流(典型值50 nA),因而在不使用器件时可以节省电池电量,延长电池续航时间。
图10. AD7682/7689工作电流与吞吐速率的关系
对于需要多个AD7682/AD7689器件的应用,使用内部基准电压缓冲器缓冲外部基准电压会更有效,这样能降低SAR转换串扰。由于内部基准电压限制在4.096 V,因此使用5 V外部基准电压源时SNR性能最佳。对于2 kHz输入信号音,采用5 V外部基准电压源且以250 kSPS全速运行时,它提供出色的交流和直流性能:INL为±1.5 LSB,信纳比 (SINAD) 约为93 dB,有效位数 (ENOB) 约为15.2位。图11显示了给定外部基准电压下SNR、SINAD和ENOB的典型性能。
图11. AD7682/7689 SNR、SINAD和ENOB与基准电压的关系
下一代插接式光收发器模块和其他便携式系统需要高效率、小尺寸、低成本数据采集系统。AD7682/AD7689提供业界较领先的集成度和精密性能,支持广泛的传感器接口,设计人员利用这些器件不仅能满足苛刻的用户要求,还能实现系统的差异化。这种高效率集成ADC解决方案能够应对空间受限应用的高电路密度和热功耗挑战,与现有LFCSP和竞争产品相比可节省60%以上的空间,对高低采样速率应用都很合适。
(来源:亚德诺半导体)