高性能模数转换器ADS1606及其应用

ADS1606是德克萨斯仪器公司开发的高速、高精度的16位ΔΣ模数转换器。其采样速率为5MSPS，带宽为2.45MHz,且带内信号波动小于±0.0025dB，信噪比为88dB; 非线性失真为－99dB，无失真动态范围为101dB。倍频采样（2X模式）时，数据采样率能达到10MSPS。ADS1606还可通过片上的可调FIFO输出数据，基准电压源由片上基准电源或外基准源提供。简易的并行数字输出数据接口可直接与数字信号处理器连接，方便用户接口设计。ADS1606的工作电源为+5V的模拟电源和+3V的数字电源，独立的数字I/O电源设计使之可灵活与其它逻辑芯片接口，其工作电压为+2.7～+5.25V。芯片采用64引脚的TQFP封装，封装形式和引脚排列如图1所示。

内部结构及引脚功能

ADS1606的内部结构如图2所示，芯片由ΔΣ调制器、数字滤波器、I/O接口、FIFO、基准源和偏置电路等组成。表1示出了引脚名称及功能。

应用设计

作为一款高性能的ΔΣ模数转换器，ADS1606的过采样率在默认状态下为8，此刻的数据采样率是5MSPS，倍频模式（2XMODE）通过使过采样率缩减为4来达到10MSPS的采样速率。

度量输入信号和基准电压时，应考虑将相关引脚信号电平进行差分转换，输入信号电压VIN=（AINP-AINN），基准电压VREF=（VREFP-VREFN）。16位的并行输出数据总线可以直接与DSP芯片连接，方便用户接口设计。独立的数字I/O电源设计使芯片可灵活与其它逻辑芯片接口。

输入控制 （1）模拟输入（AINP,AINN）：ADS1606通过将差分转换后的输入信号电平VIN和差分转换后的基准电压VREF进行比较来进行数据量化。此外，对基准电源进行内部定标保证了输入信号电平VIN的最大幅值为1.545VREF。注意采样值是有符号数值，若A15为16位采样数据的最高位，则A15为符号位，A15=0表示正极性，A15=1表示负极性，其它15位与输入信号电平大小相对应。最大正极性输入信号的电平VIN为1.545VREF，相应的数字编码为7FFFH，最大负极性输入信号的电平VIN为-1.545VREF，相应的数字编码输出为8000H。

（2）基准源输入：无论选择内基准源或外基准源，基准电压VREF都等于VREFP和VREFN的差值，即：VREF=（VREFP-VREFN），VREFP和VREFN各有2个引脚（63，64和60，61），在使用前均应分别短接。

选择内基准源时，应将VREFN引脚置为低电平，以此激励内部电路产生基准电压，选择外基准源时则相应将VREFN引脚置为高电平。

（3）时钟输入：时钟输入由外部时钟源提供，时钟信号从CLK引脚输入并控制ΔΣ调制器的数据采样。此外，应选用晶振作为时钟源以实现最佳性能。

数据格式 16位输出数据以二进制补码形式存在，见表2。当输入正极性信号电平VIN超过1.545VREF时，相应的编码输出为7FFFH，同时OTR(溢出指示)引脚变成高电平，表示溢出。同样，输入负极性信号VIN低于-1.545VREF时，对应的编码输出为8000H，且OTR引脚变成高电平（溢出）。

数据输出控制 当DRDY引脚信号至波形下降沿时，输出数据有效。为激活输出数据总线， CS和RD引脚必须同时置为低电平，如表3所示。

模拟电源功耗及休眠模式 在RBIAS引脚和模拟地之间，需外接一电阻器RBIAS，用来设置模拟电流电平，如图3所示。表4为RBIAS与时钟频率、典型功耗的对应关系。如在电阻器RBIAS两端并联上电容将对内偏置电路产生干扰，在使用中应注意。

当停止采样时，通过将PD引脚置为低电平来启动休眠模式。进入休眠状态后，包括基准电压源在内的所有电路都被切断。为减小休眠状态时的数字电流，应停止CLK引脚的时钟信号输入。芯片内部，在PD引脚还连接了一个170kΩ的内置负载电阻。若不使用PD引脚，可将其直接接至IOVDD引脚。如果FIFO使能，则在退出休眠模式后还需对ADS1606复位。当退出休眠模式并开始采样时，基准源达到稳定状态约需15ms。待基准源稳定后，再经过100个DRDY信号周期（调制器和数字滤波器的调整稳定时间）方能获取有效数据。

2X模式 当2XMODE数字引脚为低电平时，过采样率为8（16位采样）；引脚为高电平时，过采样率为4（14位采样），且16位DOUT引脚都被激活。2X模式时，过采样率从8减到4使数据采样率加倍。当fCLK=40MHz时，数据采样率变为10MSPS。同时，群时延缩减到0.9μs，稳定时间变为1.3μs或13个DRDY信号周期。芯片处于2X模式时，噪声随过采样率的减小而增加，典型信噪比降为14dB，谐波失真基本不变。

应用实例 图4为ADS1606与TMS320C6000系列数字信号处理器的接口方式。数字信号处理器的ARE引脚负责读数据控制，CE2引脚对ADS1606进行选中。ADS1606的16位数据总线直接与DSP芯片的数据总线相连，简化了数据传送操作。ADS1606的DRDY引脚与DSP芯片的EXT_INT7引脚（外部中断管脚7）相连，可用以驱动CPU的外部中断7信号。

德克萨斯仪器公司提供的CCS集成开发环境，除可对TI的TMS320系列数字信号处理器进行功能强大的软件调试外，还为DSP芯片和模数转换器的接口提供必要的插件，大大方便了数据采集系统和信号处理系统的跨接和软件调试。

结束语

ADS1606接口简单，使用方便、灵活，16位的高精度采样，同时又有很高的数据转换速度。在大多数需要高速数据采集和高精度测量的应用场合中，该芯片具有很强的实用性。