AD7177-2：32位、10 kSPS Σ-Δ型ADC詳細介紹

一、產品概述

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

二、產品特性

1. 高精度與高分辨率

   AD7177-2提供了高達32位的數據輸出，這使其能夠捕捉極其微小的信號變化。在不同采樣速率下，其無噪聲分辨率也有所不同：在10 kSPS采樣速率下，無噪聲分辨率為19.1位；在2.5 kSPS采樣速率下，無噪聲分辨率為20.2位；在5 SPS（每秒采樣數）采樣速率下，無噪聲分辨率為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量的應用，如過程控制、溫度和壓力測量等。

2. 快速且靈活的輸出速率

   AD7177-2的輸出數據速率范圍從5 SPS到10 kSPS，用戶可以根據具體應用需求選擇合適的采樣速率。同時，該ADC還具有快速的通道掃描速率，最大可達10 kSPS/通道（即100 μs的建立時間），這使得它能夠在短時間內快速掃描多個通道，提高測量效率。

3. 用戶可配置的輸入通道

   AD7177-2提供了用戶可配置的輸入通道選項，支持2個全差分通道或4個單端通道。用戶可以根據實際應用場景選擇合適的輸入通道配置，并通過交叉點多路復用器實現靈活的通道切換。這種可配置性使得AD7177-2能夠適應更廣泛的應用需求。

4. 集成真軌到軌緩沖器

   模擬輸入端和外部基準電壓輸入端集成了真軌到軌緩沖器，這種設計提供了易于驅動的高阻抗輸入。真軌到軌緩沖器能夠確保信號在整個輸入范圍內都能得到良好的緩沖和放大，從而提高ADC的輸入性能。

5. 精密內部基準電壓源

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

6. 靈活的數字濾波器選項

   AD7177-2提供了三種靈活的數字濾波器選項：Sinc5 + Sinc1濾波器、Sinc3濾波器和增強型50 Hz/60 Hz抑制濾波器。用戶可以根據應用中每個通道的需要選擇不同的濾波器選項，以優(yōu)化噪聲、建立時間和抑制性能。例如，Sinc5 + Sinc1濾波器在10 kSPS及更低的輸出數據速率時，可實現單周期建立；Sinc3濾波器在較低速率時可實現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，通過將ADC模式寄存器的SING_CYC位設置為1，可以僅輸出完全建立的數據。此模式將輸出數據速率降至與選定輸出數據速率的ADC建立時間相等的水平，從而實現單周期建立。這對于需要高精度和高速度的應用場景非常有用。

8. 多電源供電選項

   AD7177-2采用了多電源供電設計，包括AVDD1、AVDD2和IOVDD三個獨立的電源。AVDD1為交叉點多路復用器和集成的模擬與基準輸入緩沖器供電；AVDD2為內部1.8 V模擬LDO穩(wěn)壓器供電，該穩(wěn)壓器為ADC內核供電；IOVDD為內部1.8 V數字LDO穩(wěn)壓器供電，該穩(wěn)壓器為ADC的數字邏輯供電。這種多電源供電設計提高了ADC的靈活性和適應性。

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、汽車電子等領域的應用。

10. 小型封裝

    AD7177-2采用了24引腳TSSOP封裝，這種小型封裝設計使得它能夠在有限的空間內實現高性能的模數轉換功能。這對于需要小型化設計的應用場景非常有用。

三、工作原理

AD7177-2采用Σ-Δ（Sigma-Delta）架構實現模數轉換功能。Σ-Δ架構是一種過采樣技術，它通過以遠高于奈奎斯特速率的采樣速率對模擬信號進行采樣，并利用數字濾波器對采樣數據進行處理，從而實現高分辨率的模數轉換。

在AD7177-2中，模擬輸入信號首先經過真軌到軌緩沖器進行緩沖和放大，然后進入Σ-Δ調制器進行調制。Σ-Δ調制器通過過采樣和噪聲整形技術將模擬信號轉換為數字信號。數字信號隨后經過數字濾波器進行處理，以去除高頻噪聲和量化噪聲，并提取出有用的信號信息。最后，處理后的數字信號通過串行接口輸出給外部微控制器或DSP等處理單元進行進一步處理。

四、性能參數

1. 分辨率與無噪聲分辨率

• 32位數據輸出

• 19.1位無噪聲分辨率（10 kSPS）

• 20.2位無噪聲分辨率（2.5 kSPS）

• 24.6位無噪聲分辨率（5 SPS）

2. 采樣速率與通道掃描速率

• 輸出數據速率范圍：5 SPS至10 kSPS

• 最大通道掃描速率：10 kSPS/通道（100 μs建立時間）

3. 積分非線性（INL）

• FSR的±1 ppm

4. 50 Hz和60 Hz濾波抑制

• 85 dB抑制，建立時間為50 ms

5. 基準電壓源

• 2.5 V片內基準電壓源（±2 ppm/°C漂移）

6. 電源參數

• 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、應用場景

AD7177-2憑借其高性能和靈活性，在多個應用領域展現出了廣泛的應用前景。以下是一些典型的應用場景：

1. 過程控制

   AD7177-2的高精度和高分辨率特性使其非常適合過程控制應用。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)測和控制各種工業(yè)過程參數，如溫度、壓力、流量等。通過快速且準確地采集這些參數數據，AD7177-2有助于實現更高效的過程控制和優(yōu)化。

2. 溫度和壓力測量

   在溫度和壓力測量領域，AD7177-2同樣表現出色。其高精度測量能力使得它能夠準確捕捉溫度和壓力的變化，為各種工業(yè)和科學實驗提供可靠的數據支持。例如，在氣象站、環(huán)境監(jiān)測站等領域，AD7177-2可以用于測量大氣溫度和壓力等參數。

3. 醫(yī)療與科學多通道儀器

   AD7177-2的用戶可配置輸入通道和靈活的數字濾波器選項使其非常適合醫(yī)療與科學多通道儀器應用。例如，在心電圖機、腦電圖機等醫(yī)療設備中，AD7177-2可以用于同時采集多個生物電信號通道的數據，并通過數字濾波器去除噪聲和干擾信號，提高信號的質量和可靠性。

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現更準確的樣品分析和檢測。通過快速且準確地采集色譜數據，AD7177-2可以為化學分析、環(huán)境監(jiān)測等領域提供有力的數據支持。

六、電路設計與應用注意事項

1. 電源設計

   在設計使用AD7177-2的電路時，需要注意電源的設計。AD7177-2采用了多電源供電設計，包括AVDD1、AVDD2和IOVDD三個獨立的電源。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，還需要注意電源的濾波和去耦設計，以減少電源噪聲對ADC性能的影響。

2. 輸入信號調理

   由于AD7177-2的模擬輸入端集成了真軌到軌緩沖器，因此在設計輸入信號調理電路時需要注意緩沖器的驅動能力和輸入阻抗匹配。為了確保信號在整個輸入范圍內都能得到良好的緩沖和放大，需要選擇合適的輸入信號調理電路和元件參數。

3. 數字濾波器配置

   AD7177-2提供了多種數字濾波器配置選項，這是其設計靈活性的重要體現。用戶可以根據具體的應用需求，選擇最適合的數字濾波器來優(yōu)化ADC的性能。

4. 數字濾波器選項的詳細介紹

• Sinc5 + Sinc1濾波器：
  這種濾波器組合在10 kSPS及更低的輸出數據速率時，能夠實現單周期建立。它提供了良好的噪聲性能和建立時間平衡，適用于需要較快響應速度的應用場景。

• Sinc3濾波器：
  Sinc3濾波器在較低速率時能夠提供最佳的單通道噪聲性能。它適用于對噪聲要求極高的應用，如高精度測量和科學實驗等。

• 增強型50 Hz/60 Hz抑制濾波器：
  這種濾波器特別設計用于抑制50 Hz或60 Hz的工頻干擾。在需要測量微弱信號且存在工頻干擾的環(huán)境中，如電力監(jiān)測和生物醫(yī)學信號處理等，這種濾波器能夠顯著提高測量的準確性。

5. 數字濾波器配置方法

   AD7177-2的數字濾波器配置是通過其內部的寄存器設置來實現的。用戶可以通過串行接口（如SPI接口）訪問這些寄存器，并根據需要設置濾波器的類型和參數。在配置過程中，用戶需要仔細閱讀AD7177-2的數據手冊，了解各個寄存器的功能和設置方法，以確保正確配置數字濾波器。

6. 數字濾波器對性能的影響

   不同的數字濾波器選項對ADC的性能有著不同的影響。選擇合適的濾波器可以在噪聲、建立時間和抑制性能之間取得最佳平衡。例如，在需要快速響應的應用中，可以選擇Sinc5 + Sinc1濾波器以實現單周期建立；在對噪聲要求極高的應用中，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，可以選擇增強型50 Hz/60 Hz抑制濾波器以提高測量的準確性。

7. 實際應用中的考慮

   在實際應用中，選擇數字濾波器時還需要考慮其他因素，如系統(tǒng)的采樣速率、輸入信號的頻率特性、噪聲水平以及所需的測量精度等。用戶需要根據這些因素來綜合評估不同濾波器選項的優(yōu)缺點，并選擇最適合自己應用的濾波器配置。

8. 數字濾波器的優(yōu)化

   為了充分發(fā)揮AD7177-2的性能優(yōu)勢，用戶還可以對數字濾波器進行優(yōu)化。例如，可以通過調整濾波器的參數來改善其頻率響應特性，或者通過組合使用多種濾波器來實現更復雜的信號處理功能。這些優(yōu)化措施可以進一步提高ADC的測量精度和響應速度。

AD7177-2提供的多種數字濾波器配置選項為其在各類應用中的靈活性和適應性提供了有力支持。用戶可以根據具體的應用需求選擇最適合的數字濾波器來優(yōu)化ADC的性能，從而實現更精確、更快速的測量和信號處理。