AD7793是一款由Analog Devices公司生产的高精度、低功耗的24位模数转换器（ADC），专为要求高精度和低噪声的传感器应用设计。它主要用于电子测量仪器、称重系统、温度测量、压力传感器接口以及其他需要高精度模拟信号转换的应用场合。本文将详细介绍AD7793的技术特点、工作原理、常见型号、应用领域以及如何使用该芯片实现高效的模拟信号采集。

一、AD7793概述

AD7793是一款单通道、低噪声的24位模数转换器（ADC），其核心设计基于Σ-Δ调制技术，能够提供极高的分辨率和准确性。它具备多种内置功能，如可编程增益放大器（PGA）、内置的参考电压源、温度传感器以及多种数字接口，使得它成为许多工业应用的理想选择。

AD7793的主要特点包括：

• 高精度转换：采用24位Σ-Δ转换器，具有高精度的模拟到数字转换能力，确保输出的数字信号精确反映输入的模拟信号。

• 低噪声特性：设计时特别优化了噪声特性，适合需要低噪声、高精度测量的应用。

• 集成增益放大器：集成了一个可编程增益放大器（PGA），可以调整输入信号的增益，以适应不同信号幅度的应用。

• 内置参考源：AD7793内置有一个精密的参考电压源，可以在不外接参考电压的情况下进行工作，简化了系统设计。

• 多种工作模式：支持单通道测量和连续测量模式，适应不同的应用需求。

二、AD7793的工作原理

AD7793的工作原理基于Σ-Δ调制（Sigma-Delta Modulation）技术，这是一种常见的模数转换方法，特别适用于高分辨率和低噪声要求的应用。

1. Σ-Δ调制原理

Σ-Δ调制的基本思想是通过将输入模拟信号进行过采样并不断减少量化误差，最终产生一个数字信号。AD7793的Σ-Δ调制器通过高频率的采样和噪声整形，能够有效地减小量化噪声，提高ADC的分辨率和精度。

AD7793的模数转换过程分为两个阶段：

• 过采样阶段：ADC以非常高的采样率对输入信号进行采样。这些采样的数据包含较多的噪声成分。

• 噪声整形和滤波阶段：通过噪声整形和低通滤波，去除高频噪声成分，从而提高信号的质量。最终，经过滤波的结果被转换成数字信号输出。

2. PGA（可编程增益放大器）

AD7793内置的PGA允许用户调整输入信号的增益，以适应不同幅度的信号输入。增益设置的范围可以从1到128，用户可以根据实际应用的信号强度选择合适的增益值。通过增益的调整，AD7793可以有效地提高输入信号的分辨率和精度。

3. 内部参考源

AD7793内置的参考电压源用于提供一个精确的参考电压值，以确保模数转换的准确性。在使用AD7793时，用户无需外部提供参考电压，这大大简化了电路设计。参考源的精度和稳定性对ADC的整体性能有着重要影响，因此AD7793内置的参考源具有高精度和低温度系数，确保长期稳定的性能。

4. 温度传感器

AD7793还集成了一个温度传感器，可以用于实时监测芯片内部的温度。这对于需要温度补偿的应用尤其重要，能够帮助用户更精确地获取温度变化对测量结果的影响。

三、AD7793的主要特性

1. 高分辨率和高精度

AD7793提供24位的分辨率，这使得它能够在要求极高精度的应用中表现出色。其转换精度可以达到0.00002%，这意味着它能够识别并精确地测量极微小的信号变化。

2. 低功耗

AD7793采用低功耗设计，非常适合电池供电的便携式应用。即使在高精度测量下，它的功耗也保持在一个较低的水平，延长了电池的使用寿命。

3. 多种工作模式

AD7793提供多种工作模式，适应不同的测量需求。例如，用户可以选择单通道模式进行单次测量，或者选择连续测量模式进行长时间数据采集。其内部控制逻辑允许用户根据实际需求设置测量周期和采样率。

4. 数字接口

AD7793通过标准的SPI接口与外部微控制器进行通信。SPI接口提供了高效的数据传输方式，能够快速、可靠地将转换结果传输到处理器，满足实时数据处理的需求。

四、AD7793的常见应用

1. 称重系统

AD7793因其高分辨率和低噪声特性，在工业称重系统中得到了广泛应用。在这些应用中，AD7793可与高精度的压力传感器配合使用，将传感器测得的模拟信号转换为数字信号。其低噪声性能能够确保称重系统在各种环境条件下的稳定性和精确性。

2. 温度测量

由于AD7793内置温度传感器，并且具备高精度的模数转换能力，它常用于温度测量和温度控制系统。通过连接适当的温度传感器，AD7793可以精确地将温度信号转换为数字值，并用于温控系统的反馈控制。

3. 医疗设备

AD7793也广泛应用于医疗设备，特别是在传感器接口和精密仪器中。其高分辨率和低噪声特性使得它能够精确测量生物信号，如心电图（ECG）、血压等，从而在诊断和监护设备中发挥重要作用。

4. 自动化和过程控制

在自动化和过程控制系统中，AD7793用于精确测量压力、流量、温度等参数。通过与传感器配合，AD7793能够提供高精度的信号采集，确保控制系统的精确性和稳定性。

五、AD7793的使用方法

1. 电源供电

AD7793通常通过单一的3.3V或5V电源供电。为了确保稳定的性能，电源的噪声应尽量抑制，以避免干扰模数转换过程。建议使用低噪声稳压电源为AD7793供电。

2. 配置增益和参考电压

用户可以通过配置PGA增益和参考电压来适应不同的输入信号。在设置增益时，需要根据实际测量信号的幅度选择适当的增益值。此外，参考电压的选择对精度有重要影响，用户应选择稳定的参考电压源。

3. 使用SPI接口通信

AD7793通过SPI接口与微控制器进行数据交换。在使用过程中，用户需要配置SPI通信协议，包括时钟频率、数据位数和传输模式。SPI接口的高速度和可靠性确保了数据能够及时准确地传输。

4. 温度补偿

在一些需要精确温度测量的应用中，可以使用AD7793内置的温度传感器进行温度补偿。温度传感器提供的温度数据可以用于修正因环境温度变化导致的测量误差。

六、总结

AD7793是一款高精度、低功耗的24位模数转换器，适用于各种需要高分辨率和低噪声的应用。它内置的可编程增益放大器、参考电压源和温度传感器，使其在工业、医疗、自动化等领域具有广泛的应用前景。通过适当的配置和优化，AD7793可以为用户提供精确、稳定的信号转换，并能够在各种复杂的环境中保持卓越的性能。