2024年9月26日发(作者：濮阳以云)

技术交流

T

echnologyExchange

高性能32位ADC芯片架构

杭州恒芯微电子科技有限公司

[摘要]

钟书鹏

HCT680x系列32位高精度、低零漂模数转换器为适用于分析天平、工业过

程控制等衡器领域的ADC芯片。通过ADC模型架构、电路结构、器件参数等方面的优化设

ENOB）达到24.3BIT@1倍PGA、22.9BIT@64倍计以及专利技术，ADC的实际有效精度（

PGA，等效输入噪声低至3nV/

姨

Hz

，零漂0.5uV，零漂的温度系数低于5nV/℃，增益温漂

系数也低至1ppm/℃。PGA放大倍数为1~128倍，输出码率可在6.25Hz至51200Hz的宽范

围内进行配置，以满足更多应用领域的需求。

[关键词]分析天平；高精度；低零漂；ADC

[中图分类号]TH715.1[文献标识码]B[文章编号]1003-5729

（

2020

）

10-0031-05

High-performance32-bitADCchiparchitecture

Articleabstract:

HCT680xseries32bithighprecision,lowzerodriftADCforanalyticalbalance,industrialprocesscontrolandother

htheoptimizationdesignofADCmodelarchitecture,circuitstructure,deviceparametersandpatented

technology,theactualeffectiveaccuracy(ENOB)ofADCreaches24.3bit@1PGAand22.9bit@64PGA,theequivalentinputnoiseis

aslowas3nV/

姨

Hz

,zerodriftis0.5uV,thezerodrifttemperaturecoefficientislowerthan5nV/℃,andthegaintemperaturedrift

coefficientisaslowas1ppm/

℃.ThePGAmagnificationis1~128times,andtheoutputbitratecanbeconfiguredinawiderangeof

6.25Hzto51200Hztomeettheneedsofmoreapplicationareas.

Keywords:analyticalbalance;highprecision;lowzerodrift;ADC

1背景一应用领域的需求。

之前能满足此类应用的高性能ADC芯片基本

都是美国品牌的产品，例如CirrusLogic的

CS5532AS/CS5532BS、德州仪器（T）I的ads1232及

亚德诺（AD）I的AD7191/7192等。恒芯微电子推

出的HCT680x系列32位高精度、低零漂ADC芯

片，在有效位数、Offset、Offset温漂、增益温漂、

输入阻抗及电源抑制比等性能指标上都达到或超

过了上述品牌的产品。

下面从ADC架构、内部关键模块结构等角度

介绍该型号ADC。

2芯片结构

为满足这一应用领域对ADC性能指标的要求，

HCT6801芯片内部设计由电源管理模块、晶体起

振模块、高频RCH时钟、内部基准源（BGP）模

31

高精度衡器应用领域如分析天平，其信号一

般来自于精密桥式电阻传感器。传感器产生的信

号非常微弱，以一款商用的分析天平为例，其最

大量程200g，显示分辨率为1mg。每1mg重量对

应的桥式传感器信号只有12nV，因此如需实现

1mg的无噪声精度，要求传感器后级ADC芯片的

噪声值（RMS）小于2nV。这对于ADC芯片来说，

是相当有挑战性的指标。并且，传感器产生的重

量

信号与ADC芯片自身的Offset同为直流信号，

因此ADCoffset的精度对于分析天平的最终精度有

直接的影响。对于常见的ADC芯片，offset一般在

几个mV，offset温漂也在几百nV/℃以上。这些指

标相比1mg分辨率所对应的12nV信号来说，有数

量级上的差别，因此常见的ADC芯片满足不了这

T

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C1

C2

VIP1

VIN1

MUX

VIP0

Temp

sensor

PGA

1~128

M

U

X

Sigma-Delta

ADC

Filter

ERR

VIN0

SVT

Power

management

XTAL

RCH

BGP

SPI

Interface

AVSSAVDDDVSSDVDDXINXOUTREFPREFNSCLKSDISDOCSN

图1芯片结构图

块、输入信号选择电路（MUX）、可编程仪表级低噪

声放大器（PGA）、Sigma-DeltaADC模块、数字滤

波器模块和SPI接口模块组成，结构如图1所示。

其中核心是PGA和Sigma-DeltaADC模块，

它们的性能基本上决定了整个芯片的性能指标。

2.1PGA

以上述分析天平传感器的数据为例，1mg分辨

率所对应的信号强度只有12nV，考虑到无噪声精

度，要求ADC的rms噪声值低至2nV。桥式传感

器后级ADC的基准电源电压和传感器的电源相同，

一般为5V，那么即使以一半的量程来计算，也需

要ADC核心有28BIT的ENOB，这个指标在合理

的功

耗和成本约束下是实现不了的。

因此通过在Sigma-DeltaADC核心之前，设计

一个仪表级低噪声放大器，使得ADC噪声（包括

Sigma-DeltaADC核心和仪表级低噪声放大器自身

的噪声）等效到整个芯片输入端之后，达到

3

nV/sqrtHz的水平。

仪表级放大器的放大倍数在1~128倍之间可

调，每2倍一档。在1倍PGA增益时，PGA电路

将被旁路，信号直接连至Sigma-DeltaADC。

仪表级放大器内部的运算放大器是PGA的核

心

电路，采用全差分、轨到轨的多级运算放大器

结构，使得芯片具有如下一些指标：

（1）低噪声水平

在128倍放大倍数下，ADC等效到整个芯片

32

输入端的噪声值达到3nV/sqrtHz的水平，与

CS5532BS为同一水准，比CS5532AS、ads1232、

AD7191都要更低。

（2）宽输入范围

HC

T6801芯片的输入信号范围为0~AVDD，

比上述国外产品型号的（AVSS+0.7V）~

（AVDD-0.7V）更宽。

（3）电源抑制比（PSRR）和共模抑制比

（CMRR）

通过运算放大器的高增益，以及对称性、匹

配性的精细实现，最终实现140dB的PSRR和

CMRR，明显高于上述国外产品型号。从而降低对

电源和输入共模干扰的影响。

（4）输入阻抗

通过仪表放大器输入结构的设计，使得

HCT6801的输入阻抗达到1G欧姆以上。

2.2Sigma-DeltaADC

芯片内集成一路高性能的Sigma-DeltaADC，

ADC转换产生的高频量化码流送给后续的数字滤

波器（DSP）电路进行处理，并最终得到32BIT

ADC数据。

为实现6.25Hz~51.2kHz的宽数据率范围，

Sigma-DeltaADC采用4阶的高阶调制器结构，以

实现更好的noiseshaping曲线，减小信号通带内的

量

化噪声，以及实现更宽的信号带宽。

Sigma-DeltaADC内部各级积分器中的运算放

技术交流

T

echnologyExchange

大器，同样采用全差分、轨到轨的多级运算放大

器结构，使得ADC核心也具有很高的电源抑制比

和共模抑制比能力。

通过优化ADC内器件的匹配性、对称性及斩

波调制技术，HCT6801实现了极低的ADC

Offset。等效到输入端的Offset低于1uV，Offset温

漂小于5nV/℃，增益的温漂也小于1ppm/℃。

HCT6801上述Offset指标比CS5532BS/AS要

高几倍，增益的温漂也要好一倍。

相比美国公司的几款产品，HCT6801还有如

下一些特点。

（1）内部集成了Typ10ppm/℃的高精度基准电

压

源，可用于非桥式传感器领域。

（2）集成一路接地开关，可在不测量时减小

桥式传感器的电流。

（3）支持命令帧奇偶校验保护及写入及读取

操作的校验和保护。

（4）集成晶体停振检测功能，停止时将自动

切换至4.9MHz内部RC时钟。

3芯片性能指标对比

芯片性能指标对比如表1所示。

表1芯片性能指标对比

HCT6801

（恒芯微）

Noisefloor3.1nV/√Hz

CS5532AS/BS

（CirruLogic）

6nV/

√Hz（AS）

3.1nV/√Hz（BS）

AS）

21.5BIT@64PGA

（

22.5BIT@64PGA（BS）

15.5BIT@

64PGA&3200HzDR

5uV@64PGA

15nV/℃@64PGA

2ppm/℃

6.25Hz~3.2kHz

1nA

130dB

115dB

13.5mA

100uA

AGND+0.

7V~AVDD-1.7V

5uV@128PGA

10nV/℃@128PGA

2.5ppm/℃

10/80Hz

3.5nA

110dB

120dB

1.45mA

0.1uA

AGND+1.

5V~AVDD-1.5V

1.2uV@128PGA

5nV/℃@128PGA

1ppm/℃

10/50/60/120Hz

3nA

110dB

110dB

6.5mA

3uA

None

22BIT@64PGA

21.1BIT@128PGA

22.1BIT@64PGA

21.3BIT@128PGA

ads1232

（TI）

5.3nV/√Hz

AD7191

（ADI）

4.7nV/√Hz

22.9BIT@64PGA

ENOB

22.3BIT@128PGA

18.3BIT@

64PGA&3200HzDR

Offset

Offset

温漂

增益温漂

输出码率

差分输入电流

共模抑制比

电源抑制比

正常功耗

休眠功耗

信号共模范围

PIN

脚

0.5uV@64/128PGA

5nV/℃@64/128PGA

1ppm/℃

6.25Hz~51.2kHz

1nA

140dB

140dB

5mA

1uA

AGND~AVDD

可兼容CS5532

4

4.1

测试数据

不同PGA下的ADC噪声值

=REFP=5V，REFN=GND，采样率6.25Hz。为方便

与其他24位ADC产品型号对比，下面HCT6801

的测试数据只取了24位。测试条件：

输入0.5mV的直流信号，AVDD=DVDD

33

T

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技术交流

PGA=1时，如图2和图3所示。

836

NoisePlot

B

）

835.5

S

L

835

e

（

834.5

C

o

d

t

834

u

p

t

833.5

O

u

833

832.5

832

01600

SamplingNumber

图2

PGA=64时，如图4和图5所示。

5.3875

×10

4

NoisePlot

5.3874

B

）

S

L

5.3873

e

（

C

o

d

5.3872

t

u

p

t

O

u

5.3871

5.387

5.3869

Sampling

8001000

Number

12002000

图4

PGA=128时，如图6和图7所示。

×10

5

NoisePlot

1.07578

B

）

1.07576

S

1.07574

e

（

L

d

C

o

1.07572

t

u

p

t

1.0757

O

u

1.07568

1.07566

00.511.522.5

SamplingNumber

图6

4.2不同数据率下的ADC噪声值

（1）测试条件

输入0.5mV的直流信号，AVDD=DVDD=

DR=200Hz时，如图8和图9所示。

1.0936

×10

5

NoisePlot

1.0935

B

）

1.0934

S

L

1.0933

e

（

C

o

d

1.0932

t

u

p

1.0931

t

O

u

1.093

1.0929

1.0928

2000

Sampling

2500

Number

35005000

图8

34

1200

NoiseHistogram

1000

c

e

800

n

a

r

r

u

600

O

c

c

400

200

0

831.5832832.5833833.5834834.5835835.5836836.5

OutputCode

（LSB）

图3

800

NoiseHistogram

700

600

e

c

n

500

a

r

r

u

400

c

c

O

300

200

100

0

5.38695.3875.38715.38725.38735.38745.3875

OutputCode

（LSB）

×10

4

图5

6000

NoiseHistogram

5000

4000

e

c

n

a

r

3000

r

u

c

c

O

2000

1000

1.07564

0

1.075661.075681.07571.075721.075741.075761.075781.0758

OutputCode

（LSB）

×10

图7

REFP=5V，REFN=GND，增益固定为128倍。为

方

便与其他24位ADC产品型号对比，下面

HCT6801的测试数据只取了24位。

450

NoiseHistogram

400

350

300

e

c

n

a

250

r

r

u

c

c

200

O

150

100

50

1.0928

0

1.09291.0931.09311.09321.09331.09341.0935

OutputCode

（LSB）

×10

5

图9

技术交流

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DR=3200Hz时，如图10和图11所示。

1.094

O

u

t

p

u

t

C

o

d

e

（

L

S

B

）

1.0935

1.093

1.0925

1.092

1.0915

040005000

SamplingNumber

60007000

O

c

c

u

r

r

a

n

c

e

×10

5

NoisePlot

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

1.0915

NoiseHistogram

1.0921.09251.0931.0935

OutputCode

（LSB）

1.094

×10

5

图10图11

4.3增益和Offset的温漂=REFP=5V，REFN=GND，增益设置为64倍，

DR=6.25Hz。测试温度范围-40℃~125℃。如图12

和图13所示。

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-60-40-20

GainErrorVSTemp

G

a

i

n

E

r

r

o

（

r

p

p

m

/

℃

）

（1）增益温漂测试条件

输入一半满量程的直流信号，AVDD=DVDD

GainVSTemp

64.0006

64.0004

64.0002

64

63.9998

63.9996

63.9994

63.9992

63.999

63.9988

-60-40-20

G

a

i

n

120140

0

（℃）

Temp

204060

（℃）

Temp

8

图12图13

（2）Offset温漂测试条件

输入信号外部短接，AVDD=DVDD=REFP=

3.00E-07

2.00E-07

1.00E-07

O

f

f

s

e

（

t

V

）

0.00E-00

5V，REFN=GND，增益设置为64倍，DR=6.25Hz。

测试温度范围-40℃~125℃。如图14所示。

OffsetVSTemp

-1.00E-07

-2.00E-07

-3.00E-07

-4.00E-07

-5.00E-07

-60-40-200204060

（℃）

Temp

8

图14

5结论

通过采用4阶的架构的Sigma-DeltaADC、内

置前端可编程低噪声放大器、采用全差分/轨到轨

的多级运算放大器结构以及内部晶体管等器件对

称性/匹配性的精细设计，使得HCT680x系列高

性能ADC芯片在有效位数、Offset、Offset温漂、

增益温漂、输入阻抗、电源抑制比及共模抑制比

等几乎全部性能指标上都达到或超过了国际芯片

公司的同类产品。且达到工业级应用指标，工作

环境范围可达-40℃~125℃，可完成替代美国公司

同

类产品的目标，实现较好的社会效益。

（作者通讯地址：杭州市余杭区良渚街道古墩路1899号

起梦科创园A1幢19楼

邮政编码：311100

收稿日期：2020-08-18）

[编辑雷冬]

35

2024年9月26日发(作者：濮阳以云)

技术交流

T

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高性能32位ADC芯片架构

杭州恒芯微电子科技有限公司

[摘要]

钟书鹏

HCT680x系列32位高精度、低零漂模数转换器为适用于分析天平、工业过

程控制等衡器领域的ADC芯片。通过ADC模型架构、电路结构、器件参数等方面的优化设

ENOB）达到24.3BIT@1倍PGA、22.9BIT@64倍计以及专利技术，ADC的实际有效精度（

PGA，等效输入噪声低至3nV/

姨

Hz

，零漂0.5uV，零漂的温度系数低于5nV/℃，增益温漂

系数也低至1ppm/℃。PGA放大倍数为1~128倍，输出码率可在6.25Hz至51200Hz的宽范

围内进行配置，以满足更多应用领域的需求。

[关键词]分析天平；高精度；低零漂；ADC

[中图分类号]TH715.1[文献标识码]B[文章编号]1003-5729

（

2020

）

10-0031-05

High-performance32-bitADCchiparchitecture

Articleabstract:

HCT680xseries32bithighprecision,lowzerodriftADCforanalyticalbalance,industrialprocesscontrolandother

htheoptimizationdesignofADCmodelarchitecture,circuitstructure,deviceparametersandpatented

technology,theactualeffectiveaccuracy(ENOB)ofADCreaches24.3bit@1PGAand22.9bit@64PGA,theequivalentinputnoiseis

aslowas3nV/

姨

Hz

,zerodriftis0.5uV,thezerodrifttemperaturecoefficientislowerthan5nV/℃,andthegaintemperaturedrift

coefficientisaslowas1ppm/

℃.ThePGAmagnificationis1~128times,andtheoutputbitratecanbeconfiguredinawiderangeof

6.25Hzto51200Hztomeettheneedsofmoreapplicationareas.

Keywords:analyticalbalance;highprecision;lowzerodrift;ADC

1背景一应用领域的需求。

之前能满足此类应用的高性能ADC芯片基本

都是美国品牌的产品，例如CirrusLogic的

CS5532AS/CS5532BS、德州仪器（T）I的ads1232及

亚德诺（AD）I的AD7191/7192等。恒芯微电子推

出的HCT680x系列32位高精度、低零漂ADC芯

片，在有效位数、Offset、Offset温漂、增益温漂、

输入阻抗及电源抑制比等性能指标上都达到或超

过了上述品牌的产品。

下面从ADC架构、内部关键模块结构等角度

介绍该型号ADC。

2芯片结构

为满足这一应用领域对ADC性能指标的要求，

HCT6801芯片内部设计由电源管理模块、晶体起

振模块、高频RCH时钟、内部基准源（BGP）模

31

高精度衡器应用领域如分析天平，其信号一

般来自于精密桥式电阻传感器。传感器产生的信

号非常微弱，以一款商用的分析天平为例，其最

大量程200g，显示分辨率为1mg。每1mg重量对

应的桥式传感器信号只有12nV，因此如需实现

1mg的无噪声精度，要求传感器后级ADC芯片的

噪声值（RMS）小于2nV。这对于ADC芯片来说，

是相当有挑战性的指标。并且，传感器产生的重

量

信号与ADC芯片自身的Offset同为直流信号，

因此ADCoffset的精度对于分析天平的最终精度有

直接的影响。对于常见的ADC芯片，offset一般在

几个mV，offset温漂也在几百nV/℃以上。这些指

标相比1mg分辨率所对应的12nV信号来说，有数

量级上的差别，因此常见的ADC芯片满足不了这

T

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C1

C2

VIP1

VIN1

MUX

VIP0

Temp

sensor

PGA

1~128

M

U

X

Sigma-Delta

ADC

Filter

ERR

VIN0

SVT

Power

management

XTAL

RCH

BGP

SPI

Interface

AVSSAVDDDVSSDVDDXINXOUTREFPREFNSCLKSDISDOCSN

图1芯片结构图

块、输入信号选择电路（MUX）、可编程仪表级低噪

声放大器（PGA）、Sigma-DeltaADC模块、数字滤

波器模块和SPI接口模块组成，结构如图1所示。

其中核心是PGA和Sigma-DeltaADC模块，

它们的性能基本上决定了整个芯片的性能指标。

2.1PGA

以上述分析天平传感器的数据为例，1mg分辨

率所对应的信号强度只有12nV，考虑到无噪声精

度，要求ADC的rms噪声值低至2nV。桥式传感

器后级ADC的基准电源电压和传感器的电源相同，

一般为5V，那么即使以一半的量程来计算，也需

要ADC核心有28BIT的ENOB，这个指标在合理

的功

耗和成本约束下是实现不了的。

因此通过在Sigma-DeltaADC核心之前，设计

一个仪表级低噪声放大器，使得ADC噪声（包括

Sigma-DeltaADC核心和仪表级低噪声放大器自身

的噪声）等效到整个芯片输入端之后，达到

3

nV/sqrtHz的水平。

仪表级放大器的放大倍数在1~128倍之间可

调，每2倍一档。在1倍PGA增益时，PGA电路

将被旁路，信号直接连至Sigma-DeltaADC。

仪表级放大器内部的运算放大器是PGA的核

心

电路，采用全差分、轨到轨的多级运算放大器

结构，使得芯片具有如下一些指标：

（1）低噪声水平

在128倍放大倍数下，ADC等效到整个芯片

32

输入端的噪声值达到3nV/sqrtHz的水平，与

CS5532BS为同一水准，比CS5532AS、ads1232、

AD7191都要更低。

（2）宽输入范围

HC

T6801芯片的输入信号范围为0~AVDD，

比上述国外产品型号的（AVSS+0.7V）~

（AVDD-0.7V）更宽。

（3）电源抑制比（PSRR）和共模抑制比

（CMRR）

通过运算放大器的高增益，以及对称性、匹

配性的精细实现，最终实现140dB的PSRR和

CMRR，明显高于上述国外产品型号。从而降低对

电源和输入共模干扰的影响。

（4）输入阻抗

通过仪表放大器输入结构的设计，使得

HCT6801的输入阻抗达到1G欧姆以上。

2.2Sigma-DeltaADC

芯片内集成一路高性能的Sigma-DeltaADC，

ADC转换产生的高频量化码流送给后续的数字滤

波器（DSP）电路进行处理，并最终得到32BIT

ADC数据。

为实现6.25Hz~51.2kHz的宽数据率范围，

Sigma-DeltaADC采用4阶的高阶调制器结构，以

实现更好的noiseshaping曲线，减小信号通带内的

量

化噪声，以及实现更宽的信号带宽。

Sigma-DeltaADC内部各级积分器中的运算放

技术交流

T

echnologyExchange

大器，同样采用全差分、轨到轨的多级运算放大

器结构，使得ADC核心也具有很高的电源抑制比

和共模抑制比能力。

通过优化ADC内器件的匹配性、对称性及斩

波调制技术，HCT6801实现了极低的ADC

Offset。等效到输入端的Offset低于1uV，Offset温

漂小于5nV/℃，增益的温漂也小于1ppm/℃。

HCT6801上述Offset指标比CS5532BS/AS要

高几倍，增益的温漂也要好一倍。

相比美国公司的几款产品，HCT6801还有如

下一些特点。

（1）内部集成了Typ10ppm/℃的高精度基准电

压

源，可用于非桥式传感器领域。

（2）集成一路接地开关，可在不测量时减小

桥式传感器的电流。

（3）支持命令帧奇偶校验保护及写入及读取

操作的校验和保护。

（4）集成晶体停振检测功能，停止时将自动

切换至4.9MHz内部RC时钟。

3芯片性能指标对比

芯片性能指标对比如表1所示。

表1芯片性能指标对比

HCT6801

（恒芯微）

Noisefloor3.1nV/√Hz

CS5532AS/BS

（CirruLogic）

6nV/

√Hz（AS）

3.1nV/√Hz（BS）

AS）

21.5BIT@64PGA

（

22.5BIT@64PGA（BS）

15.5BIT@

64PGA&3200HzDR

5uV@64PGA

15nV/℃@64PGA

2ppm/℃

6.25Hz~3.2kHz

1nA

130dB

115dB

13.5mA

100uA

AGND+0.

7V~AVDD-1.7V

5uV@128PGA

10nV/℃@128PGA

2.5ppm/℃

10/80Hz

3.5nA

110dB

120dB

1.45mA

0.1uA

AGND+1.

5V~AVDD-1.5V

1.2uV@128PGA

5nV/℃@128PGA

1ppm/℃

10/50/60/120Hz

3nA

110dB

110dB

6.5mA

3uA

None

22BIT@64PGA

21.1BIT@128PGA

22.1BIT@64PGA

21.3BIT@128PGA

ads1232

（TI）

5.3nV/√Hz

AD7191

（ADI）

4.7nV/√Hz

22.9BIT@64PGA

ENOB

22.3BIT@128PGA

18.3BIT@

64PGA&3200HzDR

Offset

Offset

温漂

增益温漂

输出码率

差分输入电流

共模抑制比

电源抑制比

正常功耗

休眠功耗

信号共模范围

PIN

脚

0.5uV@64/128PGA

5nV/℃@64/128PGA

1ppm/℃

6.25Hz~51.2kHz

1nA

140dB

140dB

5mA

1uA

AGND~AVDD

可兼容CS5532

4

4.1

测试数据

不同PGA下的ADC噪声值

=REFP=5V，REFN=GND，采样率6.25Hz。为方便

与其他24位ADC产品型号对比，下面HCT6801

的测试数据只取了24位。测试条件：

输入0.5mV的直流信号，AVDD=DVDD

33

T

echnologyExchange

技术交流

PGA=1时，如图2和图3所示。

836

NoisePlot

B

）

835.5

S

L

835

e

（

834.5

C

o

d

t

834

u

p

t

833.5

O

u

833

832.5

832

01600

SamplingNumber

图2

PGA=64时，如图4和图5所示。

5.3875

×10

4

NoisePlot

5.3874

B

）

S

L

5.3873

e

（

C

o

d

5.3872

t

u

p

t

O

u

5.3871

5.387

5.3869

Sampling

8001000

Number

12002000

图4

PGA=128时，如图6和图7所示。

×10

5

NoisePlot

1.07578

B

）

1.07576

S

1.07574

e

（

L

d

C

o

1.07572

t

u

p

t

1.0757

O

u

1.07568

1.07566

00.511.522.5

SamplingNumber

图6

4.2不同数据率下的ADC噪声值

（1）测试条件

输入0.5mV的直流信号，AVDD=DVDD=

DR=200Hz时，如图8和图9所示。

1.0936

×10

5

NoisePlot

1.0935

B

）

1.0934

S

L

1.0933

e

（

C

o

d

1.0932

t

u

p

1.0931

t

O

u

1.093

1.0929

1.0928

2000

Sampling

2500

Number

35005000

图8

34

1200

NoiseHistogram

1000

c

e

800

n

a

r

r

u

600

O

c

c

400

200

0

831.5832832.5833833.5834834.5835835.5836836.5

OutputCode

（LSB）

图3

800

NoiseHistogram

700

600

e

c

n

500

a

r

r

u

400

c

c

O

300

200

100

0

5.38695.3875.38715.38725.38735.38745.3875

OutputCode

（LSB）

×10

4

图5

6000

NoiseHistogram

5000

4000

e

c

n

a

r

3000

r

u

c

c

O

2000

1000

1.07564

0

1.075661.075681.07571.075721.075741.075761.075781.0758

OutputCode

（LSB）

×10

图7

REFP=5V，REFN=GND，增益固定为128倍。为

方

便与其他24位ADC产品型号对比，下面

HCT6801的测试数据只取了24位。

450

NoiseHistogram

400

350

300

e

c

n

a

250

r

r

u

c

c

200

O

150

100

50

1.0928

0

1.09291.0931.09311.09321.09331.09341.0935

OutputCode

（LSB）

×10

5

图9

技术交流

T

echnologyExchange

DR=3200Hz时，如图10和图11所示。

1.094

O

u

t

p

u

t

C

o

d

e

（

L

S

B

）

1.0935

1.093

1.0925

1.092

1.0915

040005000

SamplingNumber

60007000

O

c

c

u

r

r

a

n

c

e

×10

5

NoisePlot

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

1.0915

NoiseHistogram

1.0921.09251.0931.0935

OutputCode

（LSB）

1.094

×10

5

图10图11

4.3增益和Offset的温漂=REFP=5V，REFN=GND，增益设置为64倍，

DR=6.25Hz。测试温度范围-40℃~125℃。如图12

和图13所示。

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-60-40-20

GainErrorVSTemp

G

a

i

n

E

r

r

o

（

r

p

p

m

/

℃

）

（1）增益温漂测试条件

输入一半满量程的直流信号，AVDD=DVDD

GainVSTemp

64.0006

64.0004

64.0002

64

63.9998

63.9996

63.9994

63.9992

63.999

63.9988

-60-40-20

G

a

i

n

120140

0

（℃）

Temp

204060

（℃）

Temp

8

图12图13

（2）Offset温漂测试条件

输入信号外部短接，AVDD=DVDD=REFP=

3.00E-07

2.00E-07

1.00E-07

O

f

f

s

e

（

t

V

）

0.00E-00

5V，REFN=GND，增益设置为64倍，DR=6.25Hz。

测试温度范围-40℃~125℃。如图14所示。

OffsetVSTemp

-1.00E-07

-2.00E-07

-3.00E-07

-4.00E-07

-5.00E-07

-60-40-200204060

（℃）

Temp

8

图14

5结论

通过采用4阶的架构的Sigma-DeltaADC、内

置前端可编程低噪声放大器、采用全差分/轨到轨

的多级运算放大器结构以及内部晶体管等器件对

称性/匹配性的精细设计，使得HCT680x系列高

性能ADC芯片在有效位数、Offset、Offset温漂、

增益温漂、输入阻抗、电源抑制比及共模抑制比

等几乎全部性能指标上都达到或超过了国际芯片

公司的同类产品。且达到工业级应用指标，工作

环境范围可达-40℃~125℃，可完成替代美国公司

同

类产品的目标，实现较好的社会效益。

（作者通讯地址：杭州市余杭区良渚街道古墩路1899号

起梦科创园A1幢19楼

邮政编码：311100

收稿日期：2020-08-18）

[编辑雷冬]

35