AD7798/AD7799：三通道、低噪声、低功耗、16/24位Σ-Δ模数转换器电路详解
AD7798与AD7799是Analog Devices推出的一对高性能Σ-Δ模数转换器（ADC），专为需要高精度与多通道采集的系统设计。这两款芯片在功能架构上高度相似，但在性能细节上有所区分。它们内置片上输入放大器（最大增益2.5 V/V），显著降低了对外部元件的依赖。同时，具备16位或24位分辨率以及宽动态范围，使其成为高精度数据采集系统的理想选择，广泛应用于工业控制、医疗设备及消费类电子产品。
模拟输入通道
AD7798/AD7799均配备三个差分模拟输入通道，支持缓冲与非缓冲两种操作模式。在缓冲模式下，输入信号通过高阻抗缓冲器进入系统，适用于直接连接高阻抗传感器，如应变计或电阻温度检测器（RTD）。该模式有效提升了输入阻抗容忍度，降低了对源阻抗的要求。
当选择非缓冲模式时，输入直接连接至调制器。此模式下，ADC对驱动源提出更高要求，其动态负载可能带来增益误差。为防止此类误差，应根据表1推荐的外部电阻和电容值进行设计。
表1. 非缓冲模式下允许的外部电阻/电容组合（不引入20位级增益误差）
需要注意的是，只有当增益设置为1或2时，ADC才支持非缓冲模式。当增益≥4时，系统会自动启用缓冲模式。
在缓冲模式下，ADC的输入电压范围限定为GND+100 mV至AVDD–100 mV。当增益≥4时，输入放大器激活，此时输入范围为GND+300 mV至AVDD−1.1 V。为确保性能，共模电压需满足一定条件，避免超出范围导致线性度或噪声性能下降。
在非缓冲模式下，ADC的绝对输入电压范围为GND−30 mV至AVDD+30 mV，支持监测接近GND的小双极信号。
仪表放大器
AD7798/AD7799在增益≥4时，将信号传递至片上仪表放大器，实现高精度放大。低噪声设计确保了在高增益下仍能保持良好的噪声性能。以AD7799为例，在增益64、更新率为4.17 Hz的条件下，其均方根噪声通常为27 nV，对应约25.5位有效分辨率或20位峰峰值分辨率。
增益值可通过配置寄存器中的G2至G0位设定，支持1、2、4、8、16、32、64和128。在2.5 V参考电压下，单极输入范围为0 mV至2.5 V，双极范围为±2.5 V。当输入放大器处于活动状态时，共模电压需≥0.5 V。
若参考电压等于AVDD，在放大器激活状态下，模拟输入信号应控制在VREF/增益的90%以内以确保正常运行。
单极/双极配置
AD7798/AD7799支持单极与双极输入电压模式。双极模式下，输入信号以AIN（-）为参考，而非系统GND。例如，若AIN（-）为2.5 V，单极模式下AIN（+）的输入范围为2.5 V至5 V；双极模式下，范围为0 V至5 V。该配置可通过配置寄存器中的U/B位设定。
数据输出编码
在单极模式下，输出数据采用自然二进制编码：零差分电压对应全零，满量程对应全一。任意模拟输入的输出码可通过公式表示：
在双极模式下，输出码采用偏移二进制表示：负满量程为全零，零差分电压为100…000，正满量程为全一。编码公式如下：
其中AIN为模拟输入电压，AD7798为16位，AD7799为24位。
燃尽电流
AD7798/AD7799内置两个100 nA的恒流源：一个从AVDD至AIN（+），一个从AIN（-）至GND。这些电流可通过配置寄存器中的BO位控制，用于检测传感器状态。当测量结果为满量程时，可能表示传感器开路、过载或参考失效。
若读取全1输出，应检查是否因参考缺失或传感器异常导致；若输出为0V，则可能表示短路。正常操作中应关闭BO位，防止干扰。
参考电压
AD7798/AD7799的参考电压范围为0.1 V至AVDD，标称值为2.5 V。在比值测量中，参考电压可由传感器激励电压提供，从而消除低频噪声影响。
推荐使用低噪声参考源，如ADR381或ADR391。参考输入具有动态负载特性，需注意源阻抗带来的增益误差。高输出阻抗源可能不适合直接连接，建议使用低阻抗参考源。
参考检测
参考检测功能通过配置寄存器中的REF_DET位启用。当REFIN（+）与REFIN（-）间电压低于0.3 V或REFIN（-）断开时，NOREF位将置位。若转换过程中检测到无效参考，输出将返回全1。在校准期间，无效参考将阻止校准系数更新，并设置ERR位。
重置功能
AD7798/AD7799支持通过串行接口写入32个1进行软复位。该操作将重置所有寄存器并恢复默认设置。通电后自动执行一次复位。若接口受噪声干扰，可手动触发重置。
AVDD监测
ADC支持对AVDD电压进行内部监测。当通道选择为1时，系统将内部衰减6倍的电压送入Σ-Δ调制器进行转换。此功能可用于检测电源波动。
校准模式
AD7798/AD7799提供四种校准模式：内部零点校准、内部满量程校准、系统零点校准、系统满量程校准。通过模式寄存器设置，用户可有效消除偏移与满量程误差。
校准完成后，更新对应寄存器并置位RDY标志。系统校准要求用户在启动前提供系统零点与满量程电压。所有校准操作需根据增益与更新率执行，以确保最佳精度。
应用示例：称重系统
AD7798/AD7799在称重系统中的典型应用如图1所示。称重传感器以桥式结构工作，输出差分电压。AD7798/AD7799的参考输入可由桥式激励电压提供，实现比率测量。
系统支持低功耗待机模式，通过低压侧电源开关减少传感器供电。进入待机前应确保系统稳定。
图1. AD7798/AD7799在称重系统中的应用
接地与布局建议
AD7798/AD7799的差分输入结构可有效抑制共模噪声，但其高分辨率要求对布局设计有较高要求。建议将模拟与数字部分分区布置，采用独立的模拟与数字地。
所有模拟信号路径应远离快速变化的数字信号，电源线应使用宽线宽以降低阻抗。AVDD与DVDD应分别使用10 µF钽电容与0.1 µF陶瓷电容去耦，去耦电容应尽可能靠近设备放置。
布局设计中应避免模拟与数字信号交叉，建议采用垂直布线方式，以减少信号串扰。微带布线技术可有效降低干扰，适用于高分辨率ADC的系统设计。