AD7190和AD7192详细对比分析：特性、应用与选型指南

在精密测量与数据采集领域，模数转换器 (ADC) 扮演着至关重要的角色，其性能直接决定了整个系统的精度和可靠性。ADI公司推出的AD7190和AD7192就是两款备受业界青睐的高精度、低噪声、24位Sigma-Delta ADC。尽管它们在许多方面有相似之处，但深入剖析其技术规格、内部结构、性能参数、应用场景以及外围电路设计，我们会发现它们之间存在显著差异，这些差异在实际工程选型中至关重要。本文将通过深入对比，全方位解析AD7190和AD7192的异同，旨在为工程师提供详尽的参考，帮助其在特定应用中做出最优选择。

一、基本特性与核心差异

AD7190和AD7192均属于AD719X系列，共享许多共性，例如它们都集成了低噪声、可编程增益放大器（PGA）、片内基准电压源、数字滤波器、校准功能和灵活的数字接口。然而，在一些关键特性上，它们存在本质区别，这些区别直接影响其适用范围和性能表现。

AD7190：四通道高性能选择

AD7190是一款四通道差分输入ADC，这使其在需要同时监测多个传感器或输入信号的场合具有天然优势。它的输入通道可以配置为四个差分输入或八个伪差分输入，提供了极大的灵活性。其内部集成的PGA支持多种增益设置，从1到128，能够有效地对小信号进行放大，从而提高转换精度。此外，AD7190支持多种输出数据速率，从4.7 Hz到4.8 kHz，允许用户在噪声性能和转换速度之间进行权衡。它还内置了多种自校准功能，包括自校准、系统校准和偏移校准，可以显著降低系统误差，提高测量准确性。对于需要多路采集和高精度测量的应用，AD7190无疑是一个强大的选择。

AD7192：双通道低功耗与高集成度选择

与AD7190的四通道设计不同，AD7192是一款双通道差分输入ADC。虽然通道数较少，但AD7192在功耗和集成度方面表现出色。它在保留了AD7190核心性能的同时，进一步优化了功耗管理，使其特别适合于便携式设备和电池供电系统。AD7192同样集成了可编程增益放大器（PGA），增益范围与AD7190类似，为1到128。它也提供了灵活的输出数据速率选项，可满足不同应用对速度和精度的需求。值得一提的是，AD7192在某些版本中还集成了片上温度传感器，这对于需要进行温度补偿或环境监测的应用来说，是一个非常有价值的功能，可以简化外部电路设计并降低系统成本。尽管通道数较少，但其高集成度和低功耗特性使其在特定细分市场中更具竞争力。

二、架构与内部模块深度解析

要理解AD7190和AD7192的性能差异，必须深入探讨它们的内部架构。两款器件都基于Sigma-Delta（Σ-Δ）调制器架构，这种架构以其高分辨率和低噪声特性而闻名。其工作原理是通过对输入信号进行过采样和噪声整形，将量化噪声推向更高频率，然后通过低通数字滤波器将其滤除，从而获得高精度的数字输出。

Sigma-Delta调制器： 两款器件的核心都是高阶Sigma-Delta调制器，它负责将模拟输入信号转换为高频率的数字流。这个调制器的性能直接决定了ADC的信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）。由于AD7190和AD7192都属于同一系列，它们使用的调制器架构高度相似，因此在最高性能指标上非常接近。

可编程增益放大器（PGA）： AD7190和AD7192都集成了PGA，这是一个关键模块。PGA的作用是在ADC转换之前对输入信号进行放大，特别适用于传感器输出信号非常微弱的应用，如热电偶、应变计和压力传感器。通过将小信号放大，PGA可以使信号占满ADC的输入范围，从而最大化ADC的有效分辨率，提升测量精度。两款器件的PGA增益范围均为1、8、16、32、64、128，允许工程师根据传感器输出信号的幅值进行灵活配置。

数字滤波器： AD7190和AD7192都内置了可编程的数字滤波器。这个滤波器的主要作用是去除Sigma-Delta调制器产生的量化噪声，并抑制来自电源线等外部干扰源的工频噪声。它们通常采用Sinc滤波器，特别是Sinc3或Sinc4滤波器，可以提供极佳的工频抑制能力。通过调整滤波器系数和输出数据速率，工程师可以在噪声性能和转换速度之间找到最佳平衡点。例如，在低数据速率下，滤波器阶数更高，可以提供更好的噪声抑制和更高的分辨率；而在高数据速率下，虽然噪声性能略有下降，但响应速度更快。

校准功能： 两款器件都提供了全面的校准功能，这是确保长期稳定性和精度的重要保障。自校准可以消除内部增益和偏移误差，而系统校准则可以校准外部电路（如传感器和信号调理电路）引入的增益和偏移误差。这些校准操作可以显著提升系统的绝对精度，尤其是在环境温度变化较大的应用中。

数字接口： AD7190和AD7192都采用了易于使用的SPI兼容数字接口。这个接口允许微控制器（MCU）轻松配置ADC的寄存器、启动转换和读取转换结果。SPI接口的普及性使得这两款器件能够方便地与各种主流MCU进行连接，大大简化了系统设计。

三、性能参数对比：噪声、速度与精度

在实际应用中，性能参数是衡量ADC优劣的核心指标。AD7190和AD7192在这些方面表现出高度相似性，但也有一些细微差别，这些差别可能在特定场景下产生重要影响。

噪声性能： 作为高精度ADC，噪声是其最重要的性能指标之一。AD7190和AD7192均以其极低的噪声而著称。在低增益（如G=1）和低数据速率（如4.7 Hz）下，它们可以达到24位的无噪声分辨率，这意味着它们可以区分非常微小的电压变化。对于高增益设置，虽然噪声会略有增加，但仍能保持非常高的精度。例如，在G=128时，无噪声分辨率依然可以达到18位以上。

输出数据速率： 两款器件都提供了灵活的输出数据速率选项，允许工程师根据应用需求进行权衡。它们的数据速率通常可以配置在4.7 Hz到4.8 kHz之间。对于需要极高精度的静态或慢速变化信号测量，可以选择低数据速率以获得最佳噪声性能；而对于需要快速响应的应用，如某些动态测量或控制回路，则可以选择较高的数据速率。

功耗： 功耗是AD7190和AD7192之间的一个关键区别点。尽管AD7190的功耗已经很低，但AD7192在设计上对功耗进行了进一步优化。在相同的配置下，AD7192的功耗通常低于AD7190，这使其成为电池供电应用的首选。对于便携式仪器、无线传感器网络节点或任何对功耗有严格限制的系统，AD7192的低功耗特性具有决定性优势。

集成度： AD7192在某些版本中集成了片上温度传感器，这是一个显著的集成度优势。这个功能对于需要进行温度补偿的精密测量系统来说非常有用。例如，在热电偶测量中，必须对冷端温度进行补偿，如果ADC本身能够提供精确的温度信息，就可以省去外部的温度传感器和相关的信号调理电路，从而简化设计并降低成本。AD7190则没有集成此功能，需要外部电路来完成温度测量。

四、应用场景与选型指南

了解了AD7190和AD7192的特性和性能差异后，我们可以针对不同的应用场景进行详细的选型分析。

选择AD7190的场景：

• 多通道数据采集系统： 这是AD7190最明显的优势。当需要同时测量多个物理量，如多个应变片、压力传感器或热电偶时，AD7190的四通道输入可以大大简化系统架构，减少所需的ADC数量，从而降低成本和PCB面积。

• 工业自动化与过程控制： 在工业环境中，经常需要监测多个传感器来控制一个复杂的系统。AD7190的高精度和多通道特性使其非常适合用于PLC模块、分布式控制系统（DCS）和数据记录仪。

• 高精度仪器仪表： 对于需要同时测量多个高精度参数的科学仪器，如气相色谱仪、光谱仪等，AD7190的多通道和低噪声性能可以满足其苛刻的要求。

选择AD7192的场景：

• 便携式仪器与电池供电系统： AD7192的低功耗特性使其成为手持式万用表、便携式医疗设备（如血糖仪）、无线传感器网络节点等应用的理想选择。在这些应用中，延长电池寿命是关键设计目标。

• 单通道或双通道高精度测量： 如果应用只需要一个或两个高精度通道，并且对功耗有严格要求，那么AD7192是比AD7190更经济、更高效的选择。它提供了与AD7190相当的性能，但封装更小，功耗更低。

• 需要集成温度补偿的应用： 在需要进行温度补偿的精密测量中，如热电偶冷端补偿，如果AD7192的集成温度传感器满足精度要求，就可以简化设计，减少外部元件，从而降低物料成本和装配复杂性。

五、设计考量与外围电路设计

无论选择AD7190还是AD7192，精密ADC的外围电路设计都至关重要，它直接影响最终的系统性能。以下是一些关键的设计考量：

电源和接地： AD7190和AD7192对电源噪声非常敏感。为了获得最佳性能，必须使用低噪声、稳压的电源。通常建议使用独立的模拟电源和数字电源，并通过铁氧体磁珠或LC滤波器进行隔离。接地布局也非常关键，应采用星形接地或单点接地，将模拟地和数字地分开，并在ADC的引脚处连接。

输入信号调理： 尽管两款ADC都集成了PGA，但对于某些传感器，仍然需要外部的信号调理电路。例如，对于电桥式传感器，可能需要一个外部仪表放大器来提供初始增益或共模抑制。在ADC输入端，通常需要放置一个低通RC滤波器，以滤除高频噪声和电磁干扰（EMI），防止其混叠到基带，同时保护ADC免受过压冲击。

基准电压源： AD7190和AD7192均内置了片上基准电压源，但在最高精度应用中，使用外部的超低噪声、高稳定性的基准电压源（如ADR4525）可以进一步提升系统的精度和长期稳定性。外部基准电压源的质量直接决定了ADC的绝对精度。

时钟源： AD7190和AD7192可以使用内部时钟或外部时钟源。如果对转换速度和精度有严格要求，使用外部的低抖动晶体振荡器可以提供更稳定的时钟源，从而减少量化噪声并提高信噪比。

六、结论：精确定位，明智选择

综上所述，AD7190和AD7192是两款性能卓越的24位Sigma-Delta ADC，它们在功能、架构和性能上高度相似，但存在明显的差异。AD7190凭借其四通道设计，在需要多通道数据采集的工业、医疗和仪器仪表应用中具有显著优势。而AD7192则以其双通道、低功耗和高集成度（集成温度传感器）特性，成为便携式设备、电池供电系统以及对功耗敏感应用的理想选择。

在进行选型时，工程师应首先明确应用需求：需要多少个输入通道？对功耗的要求有多高？是否需要片上温度补偿？通过回答这些问题，可以快速确定哪一款ADC更适合。如果应用需要同时测量多个通道且功耗不是首要考虑因素，AD7190无疑是更强大的选择。反之，如果通道数较少且功耗是关键指标，那么AD7192将是更明智的决定。最终，无论选择哪款器件，细致的外围电路设计和合理的参数配置都是确保系统发挥最佳性能的关键。