ADS9217文件内容总结

ADS921x 是一系列 18 位、高速、双通道、同步采样、模数转换器 （ADC），带有用于 ADC 输入的集成驱动器。集成的ADC驱动器简化了信号链，降低了精密应用的功耗，并支持超过1MHz的高频信号。由于不需要外部去耦电容，集成ADC基准电压缓冲器针对宽带宽应用进行了优化。

ADS921x 使用串行 LVDS （SLVDS） 数据接口，可实现高速数字通信，同时最大限度地降低数字开关噪声。使用每个ADC通道的单独SLVDS输出或两个ADC通道的一个SLVDS输出读取双通道ADC数据。
*附件：ads9217.pdf

特性

• 高速低功耗：
  • ADS9219：20MSPS/通道，230mW/通道
  • ADS9218：10MSPS/通道，146mW/通道
  • ADS9217：5MSPS/通道，95mW/通道
• 2 通道，同时采样
• 功能集成：
  • 集成ADC驱动器
  • 集成精密参考
  • 共模电压输出缓冲器
• 高性能：
  • 18 位无缺失码
  • INL：±1LSB，DNL：±0.75LSB
  • 信噪比：95.5dB和104.5dB信噪比，OSR = 16
• 宽输入带宽 （–3dB）：
  • ADS9219和ADS9218：90MHz
  • ADS9217：45MHz
• 串行LVDS接口：
  • SDR 和 DDR 输出模式
  • 同步时钟和数据输出
• 扩展工作范围：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

一、产品基础信息与核心差异对比

ADS9217、ADS9218、ADS9219 同属 ADS921x 系列，核心架构均为双通道同步采样 SAR ADC，共享集成 ADC 驱动、精密基准等特性，主要差异体现在采样速率与功耗，具体参数对比如下：

参数分类	参数名称	ADS9217	ADS9218	ADS9219	系列共同特性
基础性能	最大采样速率	5MSPS / 通道	10MSPS / 通道	20MSPS / 通道	1. 双通道同步采样，18 位分辨率无失码2. 集成 ADC 输入驱动、4.096V 精密基准与共模电压输出缓冲器3. 支持 ±3.2V 差分输入满量程（FSR）4. 串行 LVDS 接口，支持 SDR/DDR 模式与同步时钟输出5. 内置数据平均（2-16 样本）、数字下变频器（DDC）与 10 位温度传感器6. 工作温度范围：-40°C 至 + 125°C，封装为 6mm×6mm 40 引脚 VQFN（RHA）
基础性能	典型功耗（满速）	95mW / 通道	146mW / 通道	230mW / 通道
信号处理	模拟输入带宽（-3dB）	45MHz	90MHz	90MHz
信号处理	典型 SNR（2kHz 输入）	95.5dBFS	95.5dBFS	95.5dBFS
精度指标	积分非线性（INL）	±0.8LSB（-40°C 至 125°C）	±0.8LSB（-40°C 至 125°C）	±0.8LSB（-40°C 至 125°C）
精度指标	微分非线性（DNL）	±0.4LSB	±0.4LSB	±0.4LSB
精度指标	输入失调误差	±40LSB	±40LSB	±40LSB
精度指标	增益误差	±0.01% FSR（典型值）	±0.01% FSR（典型值）	±0.01% FSR（典型值）

二、关键功能特性详解

1. 模拟输入与基准电路配置

1.1 模拟输入特性

• 输入类型 ：支持 AC 耦合与 DC 耦合差分输入，需确保输入共模电压与 VCMOUT 引脚电压匹配，VCMOUT 典型值为 2.385V（ADS9217）、2.410V（ADS9218）、2.460V（ADS9219），共模输入范围围绕 VCMOUT 波动 ±70mV。
• 输入参数 ：输入偏置电流典型值 0.1nA，温度漂移 0.1nA/°C；输入采样电容 22pF，等效输入网络含 2Ω 与 0.6Ω 匹配电阻（如图 7-1 等效输入网络所示）。
• 通道隔离 ：通道间隔离度达 120dB（2kHz 输入），有效抑制通道串扰。

1.2 基准电压配置

• 内部基准 ：默认启用 4.096V 内部基准，温度漂移 6-20ppm/°C，需在 REFIO 引脚外接 10μF 陶瓷去耦电容以滤除噪声，REFM 引脚需连接至地。
• 外部基准 ：可通过两种方式启用外部基准：一是配置 SPI（SPI_EN=1），写入 PD_REF=1b（寄存器 0xC1，Bank1）；二是设置 SPI_EN=0，将 SDI/EXTREF 引脚拉低，外部基准电压范围需为 4.076V-4.116V。

2. 数据处理与接口功能设计

2.1 数据平均（Decimation）功能

• 平均模式 ：支持 2、4、8、16 样本平均，平均使能后输出速率按对应倍数降低（如 ADS9219 用 16 样本平均时，输出速率降至 1.25MSPS / 通道），且 SNR 随平均倍数提升，OSR=16 时 SNR 可达 104.8dBFS。
• 配置方式 ：需通过多寄存器协同配置，包括 OSR_EN（0x0D [6]，使能平均）、OSR（0x0D [5:2]，选择平均倍数）、OSR_CLK（0xC0 [9:7]，时钟配置），同时 SMPL_SYNC 引脚可同步多器件的平均滤波复位。
• 数据输出特性 ：平均后初始输出 N 个无效数据，后续输出平均结果（如图 7-4 数据输出时序所示）。

2.2 数字下变频器（DDC）

• 核心构成 ：集成 24 位数控振荡器（NCO）与数字混频器，每个通道可输出 48 位 I/Q 数据（24 位 I+24 位 Q），NCO 为双通道共享。
• NCO 配置 ：NCO 频率通过 NCO_FREQUENCY 寄存器（0xFD、0xFE）配置，公式为fNCO ​ =224fSMP L _CLK​ ​ ×(NCOFREQUENC Y [ 23 : 0 ] ​ &0xFFFF 0 )；初始相位通过 NCO_PHASE 寄存器（0xFC、0xFD）配置，支持 0、π、2π 三种初始相位，可通过 SMPL_SYNC 引脚复位相位。
• 抽取配置 ：支持 2、4、8、16 倍抽取，需配合数据平均功能，抽取倍数通过 OSR 寄存器（0x0D [5:2]）设置，同时需配置 OSR_INIT1（0xC0 [11:10]）、OSR_INIT2（0xC4 [5:4]）等初始化寄存器。

2.3 LVDS 数据接口

• 接口模式 ：支持 1 lane（单通道输出双路数据）与 2 lane（双通道分别输出）两种 lanes 配置，数据帧宽可选 20 位或 24 位（默认 24 位），数据速率支持 SDR（单数据率）与 DDR（双数据率）。
• 时钟计算 ：数据时钟（DCLK）频率由采样时钟（SMPL_CLK）、lanes 数量、帧宽与速率决定，公式为，例如 2 lane、24 位 DDR 模式下，DCLK=12×SMPL_CLK（ADS9219 满速时 DCLK=240MHz）。
• 信号匹配 ：LVDS 差分对（如 DCLKP/DCLKM、DOUTAP/DOUTAM）需在接收端靠近器件处接 100Ω 匹配电阻，确保信号完整性。

3. 特殊功能模块说明

3.1 温度传感器

• 性能指标 ：10 位精度，温度测量范围覆盖器件工作温度区间，需通过固定寄存器序列读取：
  1. 向 Bank1 的 0x90 寄存器写入 0x4000，加载温度数据至 0x91 寄存器；
  2. 读取 Bank1 的 0x91 寄存器，获取 10 位温度数据；
  3. 向 Bank1 的 0x90 寄存器写入 0x0000，完成读取。
• 温度计算 ：通过公式转换为实际温度值。

3.2 数据随机化功能

• 功能作用 ：启用后 ADC 输出与伪随机序列（PRBS）或 ADC 转换结果 LSB 进行异或操作，减少数据传输过程中地弹噪声对模拟性能的干扰，尤其适用于 PCB 布局难以优化的场景。
• 配置方式 ：通过 XOR_EN（0x12 [3]，使能异或）、XOR_MODE（0xFB [2]，选择异或对象）配置，默认使用 PRBS 异或，可切换为 LSB 异或。

3.3 测试模式

• 模式类型 ：支持三种测试图案，用于接口调试与链路验证：
  1. 固定模式：输出 TP0_A/TP0_B 寄存器（0x14/0x19）定义的固定值；
  2. 数字斜坡：输出随 RAMP_INC_A/RAMP_INC_B（0x13 [7:4]/0x18 [7:4]）配置递增的斜坡信号，递增步长为 N+1（N 为寄存器配置值）；
  3. 交替模式：交替输出 TP0_A/TP1_A、TP0_B/TP1_B 寄存器（0x14/0x15、0x19/0x1A）定义的值。
• 启用方式 ：通过 TP_EN_A/TP_EN_B（0x13 [1]/0x18 [1]，使能测试模式）、TP_MODE_A/TP_MODE_B（0x13 [3:2]/0x18 [3:2]，选择模式类型）配置。

三、电气规格详情（典型值，TA=25°C，AVDD_5V=5V，VDD_1V8=1.8V）

3.1 供电与电流特性

器件型号	AVDD_5V 电流（满速）	AVDD_5V 电流（掉电）	VDD_1V8 电流（满速）	VDD_1V8 电流（掉电）
ADS9217	20-24mA	2mA	50-66mA	2mA
ADS9218	33-40mA	2mA	70.5-89mA	2mA
ADS9219	55-59mA	2mA	103-110mA	2mA

3.2 AC 性能指标

AC 性能参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
信号噪声失真比（SINAD）	fIN=2kHz	93	95.4	-	dB
信号噪声失真比（SINAD）	fIN=1MHz	-	94.3	-	dB
信噪比（SNR）	fIN=2kHz	93.3	95.5	-	dBFS
信噪比（SNR）	fIN=1MHz	-	94.9	-	dBFS
总谐波失真（THD）	fIN=2kHz（ADS9217/9218）	-	-120	-	dB
总谐波失真（THD）	fIN=2kHz（ADS9219）	-	-118	-	dB
总谐波失真（THD）	fIN=1MHz（全系列）	-	-104	-	dB
无杂散动态范围（SFDR）	fIN=2kHz	-	118	-	dB
无杂散动态范围（SFDR）	fIN=1MHz	-	104	-	dB
孔径抖动	单端 CMOS 时钟	-	0.3	-	psRMS
孔径抖动	差分 LVDS 时钟	-	0.8	-	psRMS

3.3 数字接口电气特性

接口类型	参数名称	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
LVDS 输入（SMPL_CLK）	高电平输入电压（P-M）	AC 耦合	100	-	-	mV
LVDS 输入（SMPL_CLK）	高电平输入电压（P-M）	DC 耦合	300	-	-	mV
LVDS 输入（SMPL_CLK）	低电平输入电压（P-M）	AC 耦合	-	-	-100	mV
LVDS 输入（SMPL_CLK）	低电平输入电压（P-M）	DC 耦合	-	-	-300	mV
LVDS 输出	差分输出电压	RL=100Ω	200	350	500	mV
LVDS 输出	输出共模电压	RL=100Ω	0.88	1.1	1.32	V
CMOS 输入（CS/SCLK/SDI）	低电平输入电压（VIL）	-	-0.1	-	0.5	V
CMOS 输入（CS/SCLK/SDI）	高电平输入电压（VIH）	-	1.3	-	VDD_1V8	V
CMOS 输出（SDO）	低电平输出电压（VOL）	IOL=200μA	0	-	0.4	V
CMOS 输出（SDO）	高电平输出电压（VOH）	IOH=200μA	1.4	-	VDD_1V8	V

四、寄存器配置体系

器件包含 3 个寄存器组（Bank 0/1/2），共定义数十个配置寄存器，关键寄存器功能分类如下：

4.1 Bank 0：基础配置寄存器

寄存器地址	寄存器名称	核心功能	关键字段说明
0x00	复位与 SPI 模式寄存器	器件复位、SPI 模式选择	- RESET（bit0）：1b 时复位所有寄存器- SPI_MODE（bit2）：0b 为菊花链模式，1b 为传统模式- SPI_RD_EN（bit1）：1b 时使能寄存器读（仅传统模式）
0x01	菊花链长度寄存器	配置 SPI 菊花链设备数量	- DAISY_CHAIN_LEN（bit6-2）：0=1 个 ADC，31=32 个 ADC
0x03	寄存器组选择寄存器	选择待操作的寄存器组	- REG_BANK_SEL（bit7-0）：0=Bank0，2=Bank1，16=Bank2
0x04	初始化配置寄存器	器件初始化控制	- INIT_1（bit3-0）：初始化时写 1011b，正常运行写 0000b

4.2 Bank 1：功能配置寄存器

寄存器地址	寄存器名称	核心功能	关键字段说明
0x0D	数据格式与平均控制寄存器	数据格式选择、数据平均使能	- DATA_FORMAT（bit13）：0 = 二进制，1 = 二进制补码- OSR_EN（bit6）：1b 使能数据平均- OSR（bit5-2）：0=2 倍平均，3=16 倍平均
0x12	数据接口配置寄存器	数据 lanes、异或使能	- DATA_LANES（bit2-0）：0=2 lane 20 位，2=2 lane 24 位，5=1 lane 20 位，7=1 lane 24 位- XOR_EN（bit3）：1b 使能数据异或
0x13/0x18	ADC A/B 测试模式寄存器	测试图案控制	- TP_EN_A/B（bit1）：1b 使能测试模式- TP_MODE_A/B（bit3-2）：0 = 固定模式，2 = 斜坡模式，3 = 交替模式- RAMP_INC_A/B（bit7-4）：斜坡递增步长（N+1）
0x90/0x91	温度传感器控制 / 数据寄存器	温度数据读取	- TS_LD（0x90 bit14）：1b 触发温度数据加载- TEMPERATURE_SENSOR（0x91 bit9-0）：10 位温度数据
0xC0	时钟与电源控制寄存器	时钟配置、通道掉电	- OSR_INIT1（bit11-10）：数据平均初始化- OSR_CLK（bit9-7）：平均模式时钟配置- PD_CH（bit1-0）：0 = 正常，1=ADC A 掉电，2=ADC B 掉电，3 = 双路掉电
0xC1	基准与数据速率寄存器	基准选择、数据速率	- PD_REF（bit11）：1b 禁用内部基准- DATA_RATE（bit8）：0=DDR 模式，1=SDR 模式
0xFB	DDC 与异或模式寄存器	DDC 使能、异或模式	- MIXER_EN（bit0）：1b 使能 DDC- XOR_MODE（bit2）：0=PRBS 异或，1=LSB 异或- NCO_SYSREF（bit3）：1b 支持 SMPL_SYNC 周期脉冲同步
0xFC/0xFD/0xFE	NCO 配置寄存器	NCO 相位与频率	- NCO_PHASE_COUNT（0xFC/0xFD）：24 位 NCO 相位配置- NCO_FREQUENCY（0xFD/0xFE）：24 位 NCO 频率配置

4.3 Bank 2：时钟配置寄存器

寄存器地址	寄存器名称	核心功能	关键字段说明
0x1Ch	时钟配置寄存器	ADS9217 专用时钟配置	- CLK6（bit7-6）：0=24 位 2 lane 模式，3 = 其他模式（仅 ADS9217 适用）

五、应用设计与布局建议

5.1 典型应用场景

该系列 ADC 主要面向高精度、高 - speed 数据采集场景，包括：

• 功率分析仪：双通道同步采样电压、电流信号，计算功率参数
• 源测量单元（SMU）：高精度测量电压、电流输出与反馈信号
• 船用设备：抗恶劣环境的高精度数据采集
• 伺服驱动器位置反馈：同步采集位置与速度信号
• 直流电源、交流源、电子负载：监测输入 / 输出电压、电流信号

5.2 应用电路设计

5.2.1 ≤20kHz 带宽 DAQ 电路

• 核心器件 ：采用双通道全差分放大器 THS4552 驱动 ADC，THS4552 增益可通过 RFB 电阻配置（RFB=1kΩ 时增益 = 1，RFB=4.02kΩ 时增益 = 4）。
• 关键参数 ：SNR≥92dB，THD≤-110dB，需在放大器输出端串联 270pF 电容与 ADC 输入匹配。
• 电路结构 ：单端 / 差分信号经 THS4552 放大后，分别输入 ADC 的 AINAP/AINAM（通道 A）与 AINBP/AINBM（通道 B），VCMOUT 引脚提供共模电压参考。

5.2.2 ≤100kHz 带宽 DAQ 电路

• 核心器件 ：同样采用 THS4552 驱动，新增 47pF 补偿电容优化高频性能。
• 关键参数 ：SNR≥91dB，THD≤-110dB，ADC 输入端需保留 270pF 匹配电容，确保信号完整性。

5.2.3 ≤1MHz 带宽 DAQ 电路

• 核心器件 ：选用高带宽全差分放大器 THS4541（850MHz 带宽），适配 ADC 90MHz 输入带宽需求。
• 关键参数 ：SNR≥80dB，THD≤-100dB，电路中需添加 22pF 匹配电容与 50Ω 终端电阻，抑制高频反射。

5.3 电源与布局设计要点

5.3.1 电源去耦设计

• 供电体系 ：包含 AVDD_5V（模拟电源，引脚 1、10）与 VDD_1V8（数字与模拟辅助电源，引脚 13、14、35-37），需独立供电。
• 去耦配置 ：AVDD_5V 引脚需并联 1μF+0.1μF 陶瓷电容，VDD_1V8 引脚同样并联 1μF+0.1μF 陶瓷电容，所有电容需靠近引脚布局，避免过孔，减少寄生电感。

5.3.2 PCB 布局准则

• 分区布局 ：将模拟部分（AINx、REFIO、VCMOUT）与数字部分（LVDS 接口、SPI 接口）严格分区，避免数字线穿越模拟区域。
• 接地处理 ：暴露热焊盘（Thermal Pad）必须接地，REFM 引脚与 GND 需短路径连接，采用独立接地平面，减少地弹噪声。
• 差分对布线 ：LVDS 差分对（如 DCLKP/DCLKM、DOUTAP/DOUTAM）需等长布线，长度差控制在 5mil 以内，且远离电源噪声源。
• 基准防护 ：REFIO 引脚的 10μF 去耦电容需靠近器件，避免与数字信号平行布线，减少干扰。