MICROCHIP MCP3204, MCP3208 Technical data

MCP3204/3208

带 SPI 串行接口的 2.7V， 4/8 通道

12 位 A/D 转换器

特性

• 12 位分辨率

• ±1 LSB DNL （最大值）

• ±1 LSB INL （最大值）（MCP3204/3208-B）

• ±2 LSB INL （最大值）（MCP3204/3208-C）

• 4 （MCP3204）或 8 （MCP3208）路输入通道

• 模拟输入可编程为单端输入或伪差分输入对

• 片上采样和保持电路

• SPI 串行接口（模式 0,0 和模式 1,1）

• 单电源供电的电压范围： 2.7V 至 5.5V

• 在 V

= 5V 时的最大采样速率为 100 ksps

DD

= 2.7V 时的最大采样速率为 50 ksps

DD

• 低功耗 CMOS 技术

- 500nA 典型待机电流，最大 2 µA

- 5V时，最大工作电流为 400 µA

• 工业级温度范围： -40°C 至 +85°C

• 提供 PDIP、 SOIC 和 TSSOP 封装

应用

• 传感器接口

• 过程控制

• 数据采集

• 电池供电系统

封装类型

PDIP、SOIC 和 TSSOP

14

CH0 CH1 CH2 CH3

NC NC

DGND

1

2 3 4 5

6 7

V

DD

MCP3204

13

V

REF

12

AGND CLK

11 10

D

OUT

D

9

IN

8

/SHDN

CS

说明

Microchip 的 MCP3204/3208 器件是具有片上采样和保持电路的 12 位逐次逼近型模数（Analog-to-Digital，A/ D）转换器。MCP3204 可被编程为提供 2 组伪差分输入对或 4 个单端输入。 MCP3208 可被编程为提供 4 组差分输入对或 8 个单端输入。差分非线性（DNL）规范为 ±1 LSB，积分非线性（INL）为 ±1 LSB（MCP3204/3208- B）和 ±2 LSB （MCP3204/3208-C）。

它使用与 SPI 协议兼容的简单串行端口与器件通信。器件的转换速率可高达 100 ksps。MCP3204/3208 器件具有 2.7V 至 5.5V 的宽电压工作范围。低电流设计使它仅消耗 500 nA 和 320 µA 的典型待机电流和工作电流。

MCP3204 以14 引脚 MSOP、PDIP、TSSOP 和 150 mil SOIC 封装形式提供。 MCP3208 以 16 引脚 PDIP 和 SOIC 封装形式提供。

功能框图

V

SS

CLK

DD

12 位 SAR

移位

寄存器

D

OUT

CH0 CH1

CH7*

V

REF

输入通道

多路开关

采样

和

保持

* 注：通道 5 - 7 仅在 MCP3208 上存在。

CS/SHDN

DAC

比较器

控制逻辑

D

IN

PDIP 和 SOIC

CH0

1

CH1

2

CH2

3

CH3

4

CH4

5

CH5

6

CH6

7

CH7

8

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN第 1 页

MCP3208

16

15 14 13 12

11 10

9

V

DD

V

REF

AGND CLK D

OUT

D

IN

CS/SHDN DGND

MCP3204/3208

1.0 电气特性

绝对最大值 *

VDD...................................................................................7.0V

所有输入和输出相对于 V

存储温度....................................................... -65°C 至 +150°C

通电时的环境温度 .................................. ......-65°C 至 +125°C

引脚的焊接温度（10 秒）..................................... ......+300°C

所有引脚的 ESD 保护.................................................... > 4 kV

* 注：如果器件工作条件超过上述 “绝对最大值”，可能会对器件造成永久性损坏。上述值仅为运行条件极大值，我们不建议器件在该条件下或该规范规定的范围以外运行。器件长时间工作在最大值条件下，其稳定性会受到影响。

电气规范

电气特性：除非另外声明，否则所有参数均适用于以下条件：VDD = 5V， VSS = 0V， V

+85°C， f

SAMPLE

的电压 .......... -0.6V 至 VDD +0.6V

SS

= 100 ksps 和 f

CLK

= 20*f

SAMPLE

引脚功能表

名称功能

V

DD

DGND

AGND

CH0-CH7

CLK

D

IN

D

OUT

/SHDN

CS

V

REF

+2.7V 至 5.5V 电源

数字地模拟地模拟输入串行时钟串行数据输入串行数据输出片选 / 关断输入参考电压输入

REF

= 5V， T

参数符号最小值典型值最大值单位条件

转换速率转换时间

t

CONV

－－

12

时钟周期

模拟输入采样时间

t

SAMPLE

1.5

时钟周期

吞吐率

f

SAMPLE

－－

10050ksps

ksps

V

= V

REF

= 5V = 2.7V

DD

V

DD

DC 精度分辨率积分非线性误差

差分非线性误差失调误差增益误差

INL

DNL

－－

－

12

±0.75

±1.0

±1 ±2

位

LSB MCP3204/3208-B

±0.5 ±1 LSB

±1.25 ±3 LSB

±1.25 ±5 LSB

MCP3204/3208-C

温度变化时不丢失编码

动态性能总谐波失真信噪比和失真（SINAD）无失真动态范围

-82

－

72

－

86

－

dB

= 0.1V 至 4.9V@1 kHz

V

IN

= 0.1V 至 4.9V@1 kHz

V

IN

= 0.1V 至 4.9V@1 kHz

V

IN

输入参考电压范围漏电流

0.25

－－

100

0.001

－

VDD V

150

3.0

µA µA CS

注 2

= VDD = 5V

注 1：此参数是周期性采样得到的，并未经 100% 测试。

2：请参见相关的 V 3：因为采样电容终将释放电荷，因此低于 10 kHz 的有效时钟速率将对线性性能产生影响，尤其在温度升高的

电平线性性能关系曲线图。

REF

情况下。请参见第 6.2 节 “保持最小时钟速率”获得更多相关信息。

= -40°C 至

AMB

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MCP3204/3208

电气规范（续）

电气特性：除非另外声明，否则所有参数均适用于以下条件：VDD = 5V， VSS = 0V， V

+85°C， f

SAMPLE

= 100 ksps 和 f

CLK

= 20*f

SAMPLE

参数符号最小值典型值最大值单位条件

模拟输入在单端模式下， CH0 至 CH7

V

SS

V

－

REF

V

通道的输入电压范围

V

在伪差分模式下， IN+ 的输入

IN-

－

REF

+IN-

电压范围在伪差分模式下， IN- 的输入

-100

V

SS

VSS+100 mV

－

电压范围

0.001 ±1 µA

泄漏电流开关电阻采样电容

－

1000

－

20

－

pF

Ω

见图 4-1

见图 4-1 数字输入 / 输出数据编码格式标准二进制高电平输入电压低电平输入电压高电平输出电压低电平输出电压输入泄漏电流输出泄漏电流引脚电容

（所有输入 / 输出引脚）

V

I

C

IN,COUT

0.7 V

IH

IL

OH

OL

I

LI

LO

－－

4.1

－－

-10

－－

DD

－－

－

0.3 V

0.4 V

10 µA

10 pF

DD

V

I

V

T

V

时序参数时钟频率

时钟高电平时间时钟低电平时间

CS

下降到 CLK 出现第一个上

f

CLK

t

LO

t

SUCS

－－

HI

250

100

－－

2.0

1.0

MHz MHz

ns

V

升沿的时间数据输入建立时间数据输入保持时间

CLK 下降到输出数据有效的时

t

SU

t

HD

t

DO

－－

50 ns

200 ns

见图 1-2 和 1-3 间

CLK 下降到输出使能的时间

CS

上升到禁止输出的时间禁止时间

CS

上升时间

D

out

D

下降时间

out

t

DIS

t

CSH

EN

t

－－

500

R

F

－－

200 ns

100 ns

ns

100 ns

见图 1-2 和 1-3

见图 1-2 和 1-3 （注 1）

见图 1-2 和 1-3 （注 1）电源要求工作电压工作电流

待机电流

V

I

DDS

DD

2.7

－－

－

320 225

5.5 V

400

－

µA

V

0.5 2.0 µA CS = VDD = 5.0V

注 1：此参数是周期性采样得到的，并未经 100% 测试。

2：请参见相关的 V 3：因为采样电容终将释放电荷，因此低于 10 kHz 的有效时钟速率将对线性性能产生影响，尤其在温度升高的

电平线性性能关系曲线图。

REF

情况下。请参见第 6.2 节 “保持最小时钟速率”获得更多相关信息。

= 5V， T

REF

= -1 mA， VDD = 4.5V

OH

= 1 mA， VDD = 4.5V

OL

= VSS或 V

IN

= VSS或 V

OUT

= 5.0V （注 1）

DD

= 25， f = 1 MHz

AMB

= 5V （注 3）

DD

= 2.7V （注 3）

DD

= V

DD

= V

DD

= 5V， D

REF

= 2.7V， D

REF

DD

= -40°C 至

AMB

OUT

空载

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN第 3 页

MCP3204/3208

电气规范（续）

电气特性：除非另外声明，否则所有参数均适用于以下条件：VDD = 5V， VSS = 0V， V

+85°C， f

SAMPLE

= 100 ksps 和 f

CLK

= 20*f

SAMPLE

参数符号最小值典型值最大值单位条件

温度范围指定温度范围工作温度范围存储温度范围

T

-40

A

-40

A

-65

A

－

+85 °C

+150 °C

封装热阻热阻， 14L-PDIP 热阻， 14L-SOIC 热阻， 14L-TSSOP 热阻， 16L-PDIP 热阻， 16L-SOIC

θ

JA

θ

JA

θ

JA

θ

JA

θ

JA

70

－

108

－

100

－

70

－

90

－

°C/W

－

°C/W

－

°C/W

－

°C/W

－

°C/W

－

注 1：此参数是周期性采样得到的，并未经 100% 测试。

2：请参见相关的 V 3：因为采样电容终将释放电荷，因此低于 10 kHz 的有效时钟速率将对线性性能产生影响，尤其在温度升高的

电平线性性能关系曲线图。

REF

情况下。请参见第 6.2 节 “保持最小时钟速率”获得更多相关信息。

REF

= 5V， T

= -40°C 至

AMB

t

CSH

CS

CLK

D

IN MSB 输入

D

OUT

图

1-1

：串行接口时序

t

SUCS

t

SUtHD

tHIt

LO

t

空位

DO

MSB 输出

t

EN

t

R

t

F

LSB

t

DIS

DS21298D_CN第 4 页  2007 Microchip Technology Inc.

MCP3204/3208

图

1-2

CLK

D

OUT

：

D

OUT

D

OUT

1.4V

3kΩ

C

= 100 PF

L

tR和 tF的电压波形

T

R

tDO的电压波形

t

DO

t

，

t

R

F

和

t

测试点

V

T

F

的负载电路

DO

测试点

V

DD

D

OUT

OH

V

OL

CS

CLK

D

OUT

波形 1*

波形 2†

D

OUT

D

OUT

3kΩ

100 pF

V

SS

T

的电压波形

EN

12

t

的电压波形

DIS

CS

T

* 波形 1 是内部条件将输出设定为高电平时

的输出波形，除非输出控制禁止输出。

† 波形 2 是内部条件将输出设定为低电平时

的输出波形，除非输出控制禁止输出。

VDD/2

V

DIS

t

波形 2

DIS

TEN 波形

T

波形 1

DIS

3

4

B11

T

EN

IH

90%

10%

1-3

：

图

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN第 5 页

t

和

t

DIS

的负载电路

EN

MCP3204/3208

2.0 典型性能曲线

注：以下图表来自有限数量样本的统计结果，仅供参考。所列出的性能特性未经测试，不做任何保证。一些图表

中列出的数据可能超出规定的工作范围（例如，超出了规定的电源电压范围），因此不在担保范围内。

注：除非另外声明，否则工作条件如下：VDD = V

= 25°C。

= 5V，VSS = 0V，f

REF

SAMPLE

= 100 ksps，f

CLK

= 20* f

SAMPLE

和 T

A

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

INL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

0 25 50 75 100 125 150

图

2-1

：积分非线性（

Positive INL

Negative INL

Sample Rate (ksps)

INL

速率关系曲线

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

INL (LSB)

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

012345

2-2

：积分非线性（

图

Positive INL

Negative INL

VREF (V)

INL）—V

关系曲线

）—采样

REF

2.0 VDD = V

= 2.7 V

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

INL (LSB)

-1.0

-1.5

-2.0

图

2-4

速率关系曲线（

-0.5

INL (LSB)

-1.0

-1.5

-2.0

2-5

图关系曲线（

REF

Positive INL

Negative INL

0 1020304050607080

Sample Rate (ksps)

：积分非线性（

VDD = 2.7V

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

0.00.51.01.52.02.53.0

Positive INL

Negative INL

）

VREF (V)

：积分非线性（

VDD = 2.7V）

INL

）—采样

INL）—V

REF

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

INL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

0 512 1024 15 36 2048 2560 3072 3 584 4096

2-3

：积分非线性（

图

Digital Code

关系曲线（典型部分）

INL

）—编码

1.0 VDD = V

= 2.7 V

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

INL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

图

2-6

关系曲线（典型部分，

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

0 512 1024 15 36 2048 2560 3072 3584 4096

Digital Code

：积分非线性（

VDD = 2.7V

INL

）

）—编码

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MCP3204/3208

注：除非另外声明，否则工作条件如下：VDD = V T

= 25°C。

A

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

INL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

-50-25 0 255075100

图

2-7

：积分非线性（

Positive INL

Negative INL

Temperature (°C)

INL

）—温度

关系曲线

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

DNL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

0 255075100125150

Positive DNL

Negative DNL

Sample Rate (ksps)

= 5 V， VSS = 0 V， f

REF

图关系曲线（

= 100 ksps， f

SAMPLE

1.0 VDD = V

= 2.7 V

REF

0.8 F

= 50 ksps

SAMPLE

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

INL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

-50-25 0 255075100

2-10

：积分非线性（

VDD = 2.7V

2.0 VDD = V

REF

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

DNL (LSB)

-1.0

-1.5

-2.0

0 1020304050607080

Positive INL

Negative INL

Temperature (°C)

）

= 2.7 V

Positive DNL

Negative DNL

Sample Rate (ksps)

CLK

= 20* f

INL

SAMPLE

）—温度

和

2-8

：差分非线性（

图速率关系曲线

3.0

2.0

1.0

0.0

DNL (LSB)

-1.0

-2.0

-3.0 012345

2-9

：差分非线性（

图

Positive DNL

Negative DNL

VREF (V)

关系曲线

DNL

）—采样

DNL）—V

REF

2-11

：差分非线性（

图速率关系曲线（

3.0

2.0

1.0

0.0

DNL (LSB)

-1.0

-2.0

-3.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

2-12

：差分非线性（

图关系曲线（

VDD = 2.7V

Positive DNL

Negative DNL

VREF (V)

VDD = 2.7V）

）

DNL

）—采样

VDD = V

= 2.7 V

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

DNL）—V

REF

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN第 7 页

MCP3204/3208

注：除非另外声明，否则工作条件如下：VDD = V = 25°C。

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

DNL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

0 512 1024 15 36 2048 2560 3072 3584 4096

图

2-13

：差分非线性（

Digital Code

DNL

）—编码

关系曲线（典型部分）

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

DNL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

-50 -25 0 25 50 75 100

2-14

：差分非线性（

图

Positive DNL

Negative DNL

Temperature (°C)

DNL

）—温度

关系曲线

= 5V，VSS = 0V，f

REF

= 100 ksps，f

SAMPLE

1.0 VDD = V

= 2.7 V

REF

0.8 F

= 50 ksps

SAMPLE

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

DNL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

0 512 1024 15 36 2048 2560 3072 3584 4096

2-16

：差分非线性（

图

Digital Code

关系曲线（典型部分，

1.0 VDD = V

= 2.7 V

REF

0.8 F

= 50 ksps

SAMPLE

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.2

DNL (LSB)

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

-50-25 0 255075100

2-17

：差分非线性（

图关系曲线（

V

DD

Positive DNL

Negative DNL

Temperature (°C)

= 2.7V

）

= 20* f

CLK

SAMPLE

DNL

V

= 2.7V

DD

）

DNL

和 T

）—编码

）—温度

A

4

3

2

1

0

-1

-2

VDD = V

Gain Error (LSB)

F

SAMPLE

012345

：增益误差—

图

-3

-4

2-15

= 5 V

REF

= 100 ksps

VDD = V F

SAMPLE

V

REF

= 50 ksps

(V)

REF

= 2.7 V

V

REF

关系曲线

20

18

16

14

12

10

Offset Error (LSB)

2-18

图

VDD = V

= 5V

REF

F

= 100 ksps

SAMPLE

8

6

4

2

0

012345

：失调误差 —

VDD = V F

SAMPLE

REF

= 50 ksps

V

REF

= 2.7V

(V)

V

REF

关系曲线

DS21298D_CN第 8 页  2007 Microchip Technology Inc.

MCP3204/3208

注：除非另外声明，否则工作条件如下：VDD = V = 25°C。

0.2 VDD = V

= 2.7 V

F

SAMPLE

REF

= 50 ksps

VDD = V F

SAMPLE

= 5 V

REF

= 100 ksps

0.0

-0.2

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

-1.2

Gain Error (LSB)

-1.4

-1.6

-1.8

-50-25 0 255075100

= 5V，VSS = 0V，f

REF

Temperature (°C)

图

2-19

：增益误差—温度关系曲线

100

90

80

70

60

50

40

SNR (dB)

30

20

10

0

110100

2-20

：信噪比（

图

VDD = V

= 2.7V

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

Input Frequency (kHz)

VDD = V

= 5 V

REF

F

= 100 ksps

SAMPLE

SNR

）—输入频率

关系曲线

= 100 ksps，f

SAMPLE

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

Offset Error (LSB)

0.4

0.2

0.0

-50 -25 0 25 50 75 100

VDD = V F

SAMPLE

VDD = V F

SAMPLE

REF

= 100 ksps

REF

= 50 ksps

= 5 V

= 2.7 V

CLK

= 20* f

SAMPLE

和 T

Temperature (°C)

图

2-22

：失调误差—温度关系曲线

100

90

80

70

图

60

50

40

SFDR (dB)

30

20

10

2-23

VDD = V

= 2.7 V

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

0

110100

Input Frequency (kHz)

：信噪比和失真（

VDD = V F

SAMPLE

= 5 V

REF

= 100 ksps

SINAD

）—

输入频率关系曲线

A

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

THD (dB)

-70

-80

-90

-100 110100

图

2-21

：总谐波失真（

VDD = V

= 2.7V

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

Input Frequency (kHz)

VDD = V F

SAMPLE

= 5V

REF

= 100 ksps

THD

）—输入

频率关系曲线

80

70

60

50

40

30

SINAD (dB)

20

10

0

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

图

2-24

：信噪比和失真（

VDD = V

= 5 V

REF

F

= 100 ksps

SAMPLE

Input Signal Level (dB)

输入信号电平关系曲线

VDD = V F

SAMPLE

= 2.7 V

REF

= 50 ksps

SINAD

）—

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN第 9 页

MCP3204/3208

注：除非另外声明，否则工作条件如下：VDD = V = 25°C。

12.00

11.75

11.50

11.25

11.00

10.75

10.50

10.25

10.00

ENOB (rms)

9.75

9.50

9.25

9.00

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

图

2-25

：有效位数（

VDD = V F

SAMPLE

REF

= 50 ksps

= 2.7 V

V

REF

(V)

VDD = V F

= 5 V

REF

=100 ksps

SAMPLE

ENOB）—V

关系曲线

100

90

80

70

60

VDD = V

= 2.7 V

50

40

SFDR (dB)

30

20

10

0

110100

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

Input Frequency (kHz)

VDD = V F

SAMPLE

= 5 V

REF

= 100 ksps

= 5V，VSS = 0V，f

REF

= 100 ksps，f

SAMPLE

12.0

11.5

11.0

10.5

10.0

9.5

图

ENOB (rms)

2-28

9.0

8.5

8.0

VDD = V

= 2.7 V

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

110100

Input Frequency (kHz)

：有效位数（

CLK

= 20* f

VDD = V

REF

F

= 100 ksps

SAMPLE

ENOB

SAMPLE

= 5 V

）—输入

和 T

频率关系曲线

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

Power Supply Rejection (dB)

-80 1 10 100 1000 10000

Ripple Frequency (kHz)

A

2-26

：无失真动态范围（

图 —输入频率关系曲线

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

Amplitude (dB)

-100

-110

-120

-130 0 10000 20000 30000 40000 50000

2-27

：

图

Frequency (Hz)

10 kHz

输入时的频谱（典

型部分）

VDD = V

REF

F

= 100 ksps

SAMPLE

F

= 9.985 kHz

INPUT

4096 points

SFDR

= 5 V

）

2-29

：电源抑制比（

图频率关系曲线

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

Amplitude (dB)

-100

-110

-120

-130

0 5000 10000 15000 20000 25000

2-30

：

图线（典型部分，

Frequency (Hz)

1kHz

V

= 2.7V

DD

输入时的频谱关系曲

）

PSR

VDD = V

REF

F

= 50 ksps

SAMPLE

F

= 998.76 Hz

INPUT

4096 points

）—纹波

= 2.7 V

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MCP3204/3208

注：除非另外声明，否则工作条件如下：VDD = V = 25°C。

500

V

= V

450

REF

DD

All points at F

400

at V

350

300

250

(µA)

DD

I

200

150

100

50

0

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

图

2-31

：

400

350

300

250

200

(µA)

DD

I

150

100

50

0

10 100 1000 10000

2-32

：

图

400

350

300

250

200

(µA)

DD

I

150

100

50

0

-50 -25 0 25 50 75 100

2-33

：

图

= 2 MHz, except

CLK

= VDD = 2.5 V, F

REF

VDD = V

REF

VDD = V

Clock Frequency (kHz)

VDD = V

= 5 V

REF

F

= 2 MHz

CLK

VDD = V

= 2.7 V

REF

F

= 1 MHz

CLK

Temperature (°C)

= 1 MHz

CLK

VDD (V)

I

—

V

关系曲线

DD

= 2.7 V

REF

—时钟频率关系曲线

—温度关系曲线

I

DD

= 5 V

DD

= 5V，VSS = 0V，f

REF

= 100 ksps，f

SAMPLE

100

V

= V

REF

DD

All points at F at V

REF

0

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

= 2 MHz except

CLK

= VDD = 2.5 V, F

(µA)

REF

I

90

80

70

60

50

40

30

20

10

CLK

= 1 MHz

= 20* f

VDD (V)

2-34

：

图

100

90

80

70

60

50

(µA)

REF

40

I

30

20

10

0

10 100 1000 10000

I

VDD = V

REF

—

V

关系曲线

DD

= 5 V

REF

= 2.7 V

REF

Clock Frequency (kHz)

2-35

：

图

100

90

80

70

60

50

(µA)

REF

40

I

30

20

10

0

-50 -25 0 25 50 75 100

2-36

：

图

VDD = V F

CLK

REF

= 1 MHz

I

—时钟频率关系曲线

REF

= 2.7 V

Temperature (°C)

I

—温度关系曲线

REF

VDD = V F

CLK

SAMPLE

REF

= 2 MHz

= 5 V

和 T

A

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN 第 11 页

MCP3204/3208

注：除非另外声明，否则工作条件如下：VDD = V = 25°C。

80

V

= CS = V

REF

70

60

50

(pA)

40

DDS

I

30

20

10

0

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

图

2-37

：

100.00

10.00

1.00

(nA)

DDS

I

0.10

0.01

2-38

：

图

DD

VDD (V)

I

—

V

DDS

VDD = V

= CS = 5 V

REF

-50 -25 0 25 50 75 100

Temperature (°C)

I

DDS

关系曲线

DD

—温度关系曲线

= 5V，VSS = 0V，f

REF

= 100 ksps，f

SAMPLE

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

Analog Input Leakage (nA)

0.0

-50-250 255075100

图

2-39

：模拟输入泄漏电流—温度关

Temperature (°C)

CLK

= 20* f

VDD = V F

CLK

SAMPLE

= 2 MHz

系曲线

和 T

A

= 5 V

REF

DS21298D_CN第 12 页  2007 Microchip Technology Inc.

MCP3204/3208

3.0 引脚说明

表 3-1 中列出了引脚说明。

表

3-1

：

名称功能

V

DD

DGND

AGND

CH0-CH7

CLK

D

IN

D

OUT

/SHDN

CS

V

REF

3.1 DGND

数字地与内部数字电路连接。

3.2 AGND

模拟地与内部模拟电路连接。

3.3 CH0 - CH7

通道0至通道7的模拟输入，同时也是多路开关的输入。可通过编程将每组通道对用作：单端模式下的两个独立通道或一组伪差分输入对：此时一个通道为 IN+，另一个通道为 IN。请参见第 4.1 节 “模拟输入”和第 5.0 节

“串行通信”获得更多有关编程通道配置的信息。

3.4 串行时钟（CLK）

SPI 时钟引脚用于启动转换，并在转换发生时为输出转换结果提供时钟。请参见第 6.2 节 “保持最小时钟速率”，获得更多相关信息。

3.5 串行数据输入（DIN）

SPI 端口的串行数据输入引脚用于将通道配置数据装入器件。

引脚功能表

+2.7V 至 5.5V 电源数字地模拟地模拟输入串行时钟串行数据输入串行数据输出片选 / 关断输入参考电压输入

3.7 片选 / 关断（CS/SHDN）

将 CS/SHDN 引脚拉为低电平时可启动与器件的通信，而将其拉为高电平时可终止转换并使器件进入低功耗待机模式。在两次转换之间，必须将 CS 高电平。

/SHDN 引脚拉为

4.0 器件工作原理

MCP3204/3208 A/D 转换器使用传统的 SAR 架构。在此架构下，接收到启动位后，在串行时钟的第四个上升沿开始由内部采样保持电容对信号采集 1.5 个时钟周期。采样结束后，打开转换器的输入开关，器件使用内部采样保持电容收集的电荷产生一个 12 位的串行数字输出编码。MCP3204/3208 的转换速率可达 100 ksps。请参见第 6.2 节 “保持最小时钟速率”，获得更多相关信息。通过一个 4 线 SPI 兼容接口实现与器件的通信。

4.1 模拟输入

MCP3204/3208 器件提供了两种选择，可将模拟输入通道配置为单端输入或伪差分输入对。可配置 MCP3204 使之提供两组伪差分输入对或 4 个单端输入，而可将 MCP3208 配置为提供 4 组伪差分输入对或 8 个单端输入。此配置操作作为串口命令的一部分在转换开始之前完成。当各通道对（即， CH0 和 CH1， CH2 和 CH3 等）用于伪差分模式时，它们被编程为 IN+ 和 IN- 输入，此操作是发送给器件的命令串的一部分。 IN+ 输入的变化范围从 IN- 至 V 满幅值 ±100 mV 的范围内，IN- 输入可用于消除 IN+ 和 IN- 输入端都存在的小信号共模噪声。

当工作在伪差分模式时，如果 IN+ 的电平等于或小于

IN-，则结果编码为 000h。如果 IN+ 的电压等于或大于 {[V

+ (IN-)] -1 LSB}，则输出编码为 FFFh。如果 IN-

REF

端的电平比 V 平必须小于 V 比 V

高 1 个 LSB 以上，则 IN+ 输入电平必须高于

SS

，才能输出 FFFh 编码。

V

REF

为了使 A/D 转换器能够符合规范，在 1.5 个时钟周期的采样时间内必须给电荷保持电容（C 间以采集到 12 位精度的电平。图 4-1 给出了模拟输入模型。

+ IN-。而 IN- 输入被限定在 V

REF

低 1 个 LSB 以上，则 IN+ 端的输入电

SS

，才能输出 000h 编码。反之，如果 IN-

SS

）足够的时

SAMPLE

SS

3.6 串行数据输出（D

SPI 串行数据输出引脚用于移出 A/D 转换的结果。转换发生时数据总是在每个时钟的下降沿改变。

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN 第 13 页

OUT

）

MCP3204/3208

该框图说明了源阻抗（RS）和内部采样开关阻抗（RSS）直接影响电容（Csample）充电所需的时间。因此，较大的源阻抗会增加转换的失调误差、增益误差和积分线性误差（见图 4-2）。

4.2 参考电压输入

对于此系列器件，参考电压输入（V 输入电压的范围。随着参考电压的减小，LSB 的大小也会相应的减小。理论上 A/D 转换器的数字输出编码是模拟输入信号和参考电压输入的函数，如下所示。

CHx

R

SS

C

VA

图注

VA

R

CHx

C

V

=

信号源

=

ss

t

源阻抗

=

输入通道引脚

=

输入引脚电容

=

门限电压

7pF

）决定了模拟

REF

V

DD

V

T

V

T

C

= 0.6V

I

leakage

SS

R

s

sample

公式

S

= 1 kΩ

4096x V

---------------=

V

REF

C

SAMPLE

= DAC 电容 = 20 pF

V

SS

数字输出编码

=

模拟输入电压

V

IN

V

=

参考电压

REF

当使用外部参考电压器件时，系统设计人员应始终参考生产厂商推荐的电路布线方法。参考电压器件工作过程中的任何不稳定状态都将直接影响 A/D 转换器的工作。

采样开关

R

SS

I

LEAKAGE

±1 nA

=

各个节点在引脚上产生的泄漏电流

=

采样开关

=

采样开关阻抗

=

采样 / 保持电容

IN

图

4-1

：模拟输入模型

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

Clock Frequency (MHz)

0.0

100 1000 10000

4-2

：最大时钟频率—输入阻抗

图

（

R

）关系曲线（保持实际的

S

INL

的偏差不超过

DS21298D_CN第 14 页  2007 Microchip Technology Inc.

VDD = 5 V

VDD = 2.7 V

Input Resistance (Ohms)

INL

0.1 LSB

）

与标称条件下

5.0 串行通信

通过标准的SPI 兼容串行接口实现与 MCP3204/3208 的通信。将 CS

（见图 5-1）。如果在引脚 CS

则首先必须将此引脚拉高，然后再拉低才能启动通信。在 CS 构成启动位。启动位后跟的 SGL/DIFF 单端还是差分输入模式进行转换。之后的三位（D0、 D1 和 D2）用于选择输入通道配置。表 5-1 和表 5-2 分别给出了 MCP3204 和 MCP3208 的配置位。器件将在接收到启动位后的第四个时钟上升沿开始对模拟输入信号进行采样。采样周期在启动位后的第五个时钟下降沿结束。

输入 D0 后，需要经过一个额外的时钟脉冲才能结束采样和保持周期（此时钟内，“忽略” D 钟下降沿处，器件将输出一个低电平空位。随后的 12 个时钟脉冲将以首先发送最高位的格式输出转换结果，如图 5-1 所示。器件总是在时钟的下降沿输出数据。所有 12 个数据位发送完毕后，如果器件继续接收时钟脉冲，且 CS 式输出该转换结果，如图 5-2 所示。如果在 CS 电平时继续向器件提供时钟（以首先发送最低位格式发送数据结束后），器件将继续输出零。

需要时，可将 CS 线输入前导零。上述操作通常用于必须一次性发送 8 位数据的基于单片机的 SPI 端口。欲知更多有关硬件 SPI 端口与 MCP3204/3208 器件通信的使用信息，请参见第

6.1 节。

线拉为低电平可以启动与器件之间的通信

为低电平且 DIN为高电平时接收到的第一个时钟

保持为低电平，则器件将以首先发送最低位的格

拉为低电平，在启动位之前通过 D

为低电平时给器件上电，

位用于确定使用

）。在下一个时

IN

仍为低

MCP3204/3208

表

5-1

：

控制位选项

Single/

Diff

1X00

1X01

1X10

1X11

0X00

0X01

0X10

0X11

* 将忽略 D2。 MCP3204

表

5-2

：

控制位选项

IN

Single

/Diff

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

MCP3204 的配置位

D2* D1 D0

MCP3208 的配置位

D2 D1 D0

输入配置通道选择

单端单端单端单端差分

差分

输入配置通道选择

单端单端单端单端单端单端单端单端差分

差分

CH0

CH1

CH2

CH3

CH0 = IN+ CH1 = IN-

CH0 = INCH1 = IN+

CH2 = IN+ CH3 = IN-

CH2 = INCH3 = IN+

CH0

CH1

CH2

CH3

CH4

CH5

CH6

CH7

CH0 = IN+ CH1 = IN-

CH0 = INCH1 = IN+

CH2 = IN+ CH3 = IN-

CH2 = INCH3 = IN+

CH4 = IN+ CH5 = IN-

CH4 = INCH5 = IN+

CH6 = IN+ CH7 = IN-

CH6 = INCH7 = IN+

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN 第 15 页

MCP3204/3208

t

CYC

t

CSH

CS

t

SUCS

CLK

D

IN

D

OUT

启动

SGL/ DIFF

HI-Z

D1D2 D0

t

SAMPLE

忽略

空

B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0*

位

t

CONV

t

DATA

启动

**

* 数据传输结束后，如果在 CS 为低电平时提供更多的时钟脉冲，则 A/D 转换器将以首先发送 LSB 的格式输出

数据，之后持续输出零（见图 5-2）。

：在此期间，偏置电流为零，比较器断电，参考输入变为高阻抗节点，而 CLK 脉冲继续有效以输出 LSB

** t

DATA

优先数据或零。

图

5-1

：与

CS

CLK

MCP3204或MCP3208

t

SUCS

通信

t

CYC

掉电

t

CSH

t

CYC

SGL/ DIFF

HI-Z

D2

IN

OUT

启动

SGL/ DIFF

HI-Z

D0D1D2

T

SAMPLE

空

B11

位

（MSB）

忽略

B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10B11

B10

B9

t

CONV

DATA

**

HI-Z

*

D

* 数据传输结束后，如果 CS 为低电平时提供更多的时钟脉冲，则 A/D 转换器将持续输出零。

：在此期间，偏置电流为零，比较器断电，参考输入变为高阻抗节点，且 CLK 脉冲继续有效以输出 LSB

** t

DATA

优先数据或零。

5-2

：使用

图

DS21298D_CN第 16 页  2007 Microchip Technology Inc.

LSB

优先格式与

MCP3204 或MCP3208

通信

6.0 应用信息

6.1 MCP3204/3208 与单片机（MCU）

SPI 端口通信

大多数单片机的 SPI 端口都要求以 8 位数据为一组来收发数据。还需要将该端口配置成在时钟下降沿输出数据，在时钟上升沿锁存数据。因为与 MCP3204/3208 器件通信所需的时钟数可能不是 8 的倍数，故有必要提供多于实际需要的时钟数。此操作通常是通过在启动位之前发送前导零实现的。图 6-1 和图6-2 显示了 MCP3204/ 3208 与带有硬件 SPI 端口的 MCU 的接口示例。图 6-1 描绘了 SPI 模式 0,0 的工作原理，此时要求来自 MCU 的 SCLK 时钟的空闲状态为“低电平”；而图 6-2 描绘了 SPI 模式 1,1 的工作原理，此时要求时钟的空闲状态为 “高电平”。

如图 6-1 所示， A/D 转换器发送的第一个字节中包含了启动位和位于其之前的 5 个前导零。安排发送前导零是为了使产生的 12 位输出数据位于便于 MCU 操作的位置。 A/D 转换器在第 12 个时钟的下降沿时输出数据的最高位。器件接收完第 2 个 8 位时钟后， MCU 接收缓冲器中将包含三个未知位（在前两个时钟内输出为高阻态）、空位和转换结果的最高 4 位。将第三个字节发送给器件后，接收寄存器中将包含转换结果的最低 8 位。使用此方法可以简化对转换结果的处理。

图 6-2 显示了在 SPI 模式 1,1 下的类似情形，此时要求时钟空闲时为高电平。与模式 0,0 相同， A/D 转换器在时钟的下降沿输出数据，且 MCU 在时钟的上升沿锁存来自 A/D 转换器的数据。

MCP3204/3208

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN 第 17 页

MCP3204/3208

CS

MCU 在 SCLK 的上升沿锁存来自 A/ D 转换器的数据

SCLK

D

IN

12345678 910111213141516

A/D 转换器在时钟下降沿

输出数据

启动

SGL/

DIFF

17 18 19 20 21 22 23 24

D2

DO

D1

忽略

23

D

OUT

MCU 发送的数据

（与时钟的下降沿

对齐） MCU 接收的数据

（与时钟的上升沿

对齐）

X = 无关位

图

6-1

：使用8位分段的

CS

SCLK

D

IN

D

OUT

MCU

发送的数据

（与时钟的下降沿

对齐）

MCU

接收的数据

（与时钟的上升沿

对齐）

X =

无关位

00000

000001

????????

发送第一个 8 位数据后，将数据存储到 MC U 的接收寄存器

MCU在SCLK

来自

的上升沿锁存

A/D

转换器的数据

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415 16

000001

???????? ???

发送第一个 8 位数据后，将数据存储到 MCU 的接收寄存器

HI-Z

启动

位

启动

位

1

SGL/

SGL/ DIFF

DIFF

SPI

A/D

输出数据

SGL/ DIFF

SGL/

DIFF

D2

D1

D2

???

发送第二个 8 位数据后，将数据存储到 MCU 的接收寄存器

通信（模式

转换器在时钟下降沿

D1D2

DO

D1

D2

发送第二个 8 位数据后，将数据存储到 MCU 的接收寄存器

空

位

DO

X

0

（空）

0,0，SCLK

DO

空位

XXXXX

X

（空）

B11 B10 B9 B8

XX XX X

B11 B10 B9 B80

B11 B10 B9 B8

X

空闲状态为低电平）

B11 B10 B9

0

B11 B10 B9 B8

B8

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

XXXXX XX X

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

发送最后一个 8 位数据后，将数据存储到 MCU 的接收寄存器

17 18 19 20 21 22 23 24

忽略

B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

B7

XXXXXXXX

B7 B 6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

发送最后一个 8 位数据后，将数据存储到 MCU 的接收寄存器

B1

图

6-2

：使用8位分段的

SPI

通信（模式

1,1，SCLK

空闲状态为高电平）

DS21298D_CN第 18 页  2007 Microchip Technology Inc.

MCP3204/3208

6.2 保持最小时钟速率

MCP3204/3208 启动采样后，电荷会储存到采样电容上。采样周期结束后，器件每收到一个时钟脉冲就转换一位。用户必须注意的是，如果采用较慢的时钟速率，采样电容将在转换过程中释放电荷。在 85°C （最差条件）时，器件能够保持采样电容在采样周期结束后至少

1.2 ms 内不会释放电荷。这意味着，从采样周期结束到

所有 12 个数据位输出结束之间的时间不能超出 1.2 ms

（10 kHz 有效时钟频率条件下）。若无法满足此条件，

可能会导致转换过程中的线性误差超出额定规范值。需要注意的是，在整个转换周期内，只要满足所有的时序规范，并不需要为 A/D 转换器提供恒定的时钟速率或占空比。

4.096V

参考电压源

0.1 µF

C

1

R

1

V

IN

R

2

C

2

MCP1541

MCP601

+

-

R

4

R

3

6.3 模拟输入缓冲 / 滤波

如果 A/D 转换器的信号源不是低阻抗源，则必须对它进行缓冲处理，否则将产生不精确的转换结果（见图 4-2）。还推荐使用滤波器来消除任何可能与转换结果混叠的信号，下面的图 6-3 对该滤波器进行了说明，该滤波器使用了一个运算放大器来驱动MCP3204/3208的模拟输入端。该放大器的低阻抗输出被用作转换器的输入，并提供了一个用于消除高频噪声的低通滤波器。

可使用 Microchip 的免费 FilterLab™ 交互软件设计低通

（抗混叠）滤波器。FilterLab 可计算出电容和电阻的值，

并确定应用所需要的极点数。请参见应用笔记 AN699

“

Anti-Aliasing Analog Filters for Data Acquisition

Systems

”，

1µF

获得有关信号滤波的更多信息

V

DD

10 µF

1µF

IN+

V

REF

MCP3204

IN-

。

图

6-3

：

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN 第 19 页

MCP601

运算放大器实现的2阶抗混叠滤波器（用于对

MCP3204

的转换信号滤波）

MCP3204/3208

6.4 布线注意事项

当在印刷电路板上为模拟元件进行布线时，需要注意应尽可能减少噪声。需要为该器件连接旁路电容，并使该电容尽可能靠近器件的引脚。建议使用 1µF 的旁路电容。

板上的数字和模拟走线应该尽量分开，在器件和旁路电容的底部不要安排走线。应该采取额外的措施，使传输高频信号的走线（如时钟线）尽可能的远离模拟走线。

建议使用模拟接地层以使电路板上的所有器件具有相同的接地电位。将 V 方式也可通过消除电流回路和相关误差来降低噪声（图 6-4）。欲知有关使用 A/D 转换器的更多布线提示信息，请参见 AN688

Applications

器件 1

与多个器件之间采用“星型”连接

DD

“

Layout Tips for 12-Bit A/D converter

”

。

V

DD

连接

器件 3

器件 2

器件 4

6.5 使用数字地和模拟地引脚

MCP3204/3208 器件具有数字地和模拟地两种连接引脚，提供了另外的降低噪声的方法。如图 6-5 所示，在器件内部模拟和数字电路是分开的，从而降低了器件的数字部分与模拟部分的耦合噪声。模拟地和数字地在内部通过一个阻值为 5 -10Ω 的基板相连。

如果未使用接地层，则模拟地和数字地都必须连接到电路板上的 V 脚都应连接到模拟接地层。当模拟接地层和数字接地层都存在时，数字地和模拟地引脚都必须连接到模拟接地层。按上述步骤进行操作可以降低电路板上其他电路耦合到 A/D 转换器产生的数字噪声。

图

6-5

。如果存在接地层，则模拟地和数字地引

SS

V

DD

MCP3204/08

数字部分

- SPI 接口

- 移位寄存器

- 控制逻辑

DGND AGND

模拟部分

- 采样电容

- 电容阵列

- 比较器

基板

5 - 10Ω

模拟接地层

0.1 µF

：独立的模拟地和数字地引脚

图

6-4

： “星型”配置的

于减少电流回路引入的误差

DS21298D_CN第 20 页  2007 Microchip Technology Inc.

V

DD

走线用

MCP3204/3208

7.0 封装信息

7.1 封装标识信息

14 引脚 PDIP（300 mil）示例：

XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX

YYWWNNN

14 引脚 SOIC（150 mil）

XXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXX

YYWWNNN

14 引脚 TSSOP（4.4mm） *

XXXXXXXX

YYWW

NNN

示例：

MCP3204-B

I/P

0723NNN

MCP3204-B

XXXXXXXXXXX

0723NNN

3204-C

3

e

0723

NNN

3

e

3

e

图注： XX...X 客户指定信息

注： Microchip 元器件编号如果无法在同一行内完整标注，将换行标出，因此会限制

 2007 Microchip Technology Inc. DS21298D_CN 第 21 页

Y 年份代码（公历年份的最后一位数字） YY 年份代码（公历年份的最后两位数字） WW 星期代码（1 月的第一个星期代码是 “01”） NNN 按字母数字排序的追踪代码

3

e

雾锡（Sn）的 JEDEC 无铅标识

* 本封装是无铅的。 Pb-free JEDEC 无铅标识（）

标示于此种封装的外包装上。

客户指定信息的可用字符数。

3

e

MCP3204/3208

封装标识信息（续）

16 引脚 PDIP（300 mil）（MCP3304）示例：

XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX

YYWWNNN

16 引脚 SOIC（150 mil）（MCP3304）

XXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXX

YYWWNNN

示例：

MCP3208-B

I/P

0723NNN

MCP3208-B

XXXXXXXXXX

IYWWNNN

3

e

3

e

DS21298D_CN第 22 页  2007 Microchip Technology Inc.