AD4000/AD4003：高易驱性SAR ADC如何简化精密信号链设计

在高精度数据采集系统中，传统SAR ADC对前端驱动放大器的建立时间、带宽和功耗要求严苛，常迫使工程师选用高成本、高功耗的专用驱动器。ADI推出的AD4000/AD4003系列16/18位SAR ADC，通过长采集时间、高输入阻抗（High-Z）模式、跨度压缩与集成箝位保护等创新特性，显著降低了信号链复杂度，使通用精密运放即可胜任驱动任务，从而优化系统功耗、尺寸与成本。

一、延长采集时间，降低驱动器带宽压力

AD4003在2 MSPS吞吐率下仅需290 ns转换时间，并在转换结束前100 ns即返回采集阶段，使有效采集窗口大幅延长。这意味着RC滤波器截止频率可显著降低（如从数MHz降至数百kHz），允许使用低带宽、低静态电流（如ADA4077, 400 µA）的精密运放，而无需牺牲SNR或THD性能。实测表明，在1 kHz输入、2 MSPS采样下，配合ADA4084驱动，SNR可达98 dB，THD优于–110 dB。

二、高Z模式：消除电荷反冲，提升易驱性

传统开关电容SAR ADC在采样瞬间会产生非线性电荷反冲，要求驱动器具备极低输出阻抗。AD4003的High-Z模式在转换结束时预充电内部电容DAC至前次采样电压，有效抑制反冲电流。其输入电流在1 MSPS下比上一代AD7982降低4倍，使能High-Z后更降至亚微安级。这使得RC网络中的电阻值可增大10倍（如从50 Ω升至500 Ω），既提升过压保护能力，又降低放大器动态功耗，同时改善THD约10 dB。

注意：High-Z模式适用于信号带宽<100 kHz的场景；多路复用或高频输入时应禁用。

三、跨度压缩与过压保护，简化电源与可靠性设计

跨度压缩模式：将有效输入范围从0.1×VREF至0.9×VREF进行数字映射，允许单电源运放（如±5V供电）直接驱动ADC，无需负电源，同时保留全分辨率（仅SNR损失约1.9 dB）。

集成过压箝位：当输入超过VREF + 0.4 V时，内部箝位电路导通，将电流泄放至地（最大50 mA），避免外部保护二极管需求，并防止基准源被干扰——这对多ADC共享基准的系统至关重要。

四、高效数字接口与低功耗特性

Turbo模式支持在转换期间输出前次结果，使SPI时钟速率需求降低（如1 MSPS时仅需25 MHz，较AD7982低2.5倍），兼容低速MCU或隔离接口；

1.8V逻辑兼容，支持2 MSPS全速运行；

功耗与吞吐率线性相关：2 MSPS时典型功耗仅14–16 mW，低采样率下自动关断，适用于电池供电设备；

±1.0 LSB INL，保证18位无失码，支持奈奎斯特频带内高保真采集。

五、AD4000/AD4003引脚图

六、应用领域

自动化测试设备（ATE）

医疗成像前端

工业传感器信号调理

便携式精密仪器

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