ADS9228 双通道、同步采样、16位10MSPS SAR ADC技术手册

ADS922x是一系列16位、高速、双通道、同步采样、模数转换器（ADC），具有用于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。

ADS922x使用串行LVDS （SLVDS）数据接口，支持高速数字接口，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：ads9228.pdf

特性

• 高速采样率：20MSPS/ch
  • ADS9229：20MSPS/通道，230mW/通道
  • ADS9228：10MSPS/通道，146mW/通道
  • ADS9227：5MSPS/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：
  • 16 位无缺失码
  • INL：±0.3LSB，DNL：±0.3LSB
  • 信噪比：93.9dB
• 宽输入带宽 （–3dB）：
  • ADS9229和ADS9228：90MHz
  • ADS9227：45MHz
• 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、产品概述

ADS922x 系列是德州仪器推出的 16 位双通道同步采样模数转换器（ADC），包含 ADS9227、ADS9228、ADS9229 三个型号，核心优势在于集成化设计（含 ADC 驱动器、精密基准源等）、高速采样与低功耗平衡，适用于高精度、高频率信号采集场景，工作温度范围覆盖 - 40°C 至 + 125°C，满足工业级环境需求。

二、核心参数对比

三款产品核心差异集中在采样速率与功耗，具体参数如下表：

型号	采样速率	功耗（每通道）	输入带宽（-3dB）
ADS9229	20MSPS	230mW	90MHz
ADS9228	10MSPS	146mW	90MHz
ADS9227	5MSPS	95mW	45MHz

共同关键性能：

• 分辨率：16 位（无失码）
• 线性度：积分非线性（INL）±0.3LSB，微分非线性（DNL）±0.3LSB
• 信噪比（SNR）：93.9dB
• 输入范围：差分 ±3.2V，共模电压需匹配 VCMOUT 引脚电平（典型 2.4V 左右）

三、硬件设计关键信息

1. 封装与引脚

• 封装类型 ：均采用 40 引脚 VQFN（RHA 封装），尺寸 6mm×6mm，需注意暴露热焊盘需接地以保证散热。
• 关键引脚功能 ：
  • 模拟输入：AINAP/AINAM（ADC A 正负端）、AINBP/AINBM（ADC B 正负端），支持 AC/DC 耦合。
  • 电源：AVDD_5V（5V 模拟电源）、VDD_1V8（1.8V 数字 / 模拟辅助电源），需按要求搭配 0.1μF+1μF 去耦电容。
  • 时钟与数据：SMPL_CLK（采样时钟，支持差分 LVDS 或单端 CMOS）、DCLK（数据时钟）、DOUTA/DOUTB（差分数据输出），LVDS 接口需在接收端就近接 100Ω 匹配电阻。
  • 基准与共模：REFIO（基准电压 I/O，内置 4.096V 基准，需接 10μF 去耦电容）、VCMOUT（共模电压输出，接 1μF 去耦电容）。

2. 电源与基准设计

• 电源要求 ：AVDD_5V 需满足 4.5V-5.5V（ADS9227）或 4.75V-5.25V（ADS9228/9229），VDD_1V8 需满足 1.75V-1.85V，独立供电以减少干扰。
• 基准选择 ：默认启用内置 4.096V 基准，需在 REFIO 与 REFM 间接 10μF 电容滤波；可通过 PD_REF 寄存器位禁用内置基准，外接 4.096V 基准（推荐 REF7040）。

四、功能特性与配置

1. 核心功能

• 同步采样与数据接口 ：双通道同步采样，支持 1 lane/2 lane LVDS 输出，两种数据速率模式（SDR 单倍速率、DDR 双倍速率），数据帧宽度可配置为 20 位或 24 位（含用户自定义位）。
• 数据处理 ：
  • 内置抽取滤波器，支持 2/4/8/16 倍过采样（OSR），提升信噪比（如 OSR=16 时 SNR 可达 97dB）。
  • 数字下变频器（DDC）：含 24 位数控振荡器（NCO）与混频器，可输出 I/Q 复数信号，适用于信号变频处理场景。
  • 数据随机化：通过 XOR 操作减少数据传输时的地弹噪声，可选 PRBS 位或 ADC LSB 作为 XOR 基准。
• 温度监测 ：集成 10 位温度传感器，通过 SPI 读取数据，温度计算公式为：Temperature = -85.0172 + (10位输出值 × 0.24918) °C。
• 测试模式 ：支持固定模式、数字斜坡、交替模式三种测试图案，用于验证数据接口正确性。

2. 寄存器配置

• 寄存器银行 ：分为 3 个银行（Bank 0/1/2），Bank 0 用于基础配置（如 SPI 模式、寄存器银行选择），Bank 1 用于功能配置（如过采样、数据格式、温度传感器），Bank 2 用于时钟配置（ADS9227 专用）。
• 关键配置项 ：
  • 数据格式：通过 DATA_FORMAT 位选择二进制补码或无符号二进制。
  • 增益校准：GE_CAL_EN1/2/3 位启用全局增益误差校准，提升精度。
  • 电源管理：PD_CH 位控制通道断电，PD_CHIP 位控制全芯片断电，PWDN 引脚（低有效）也可触发断电。

五、应用场景与典型电路

1. 目标应用

• 功率分析仪、源测量单元（SMU）
• marine 设备、伺服驱动位置反馈
• 直流电源、交流源、电子负载

2. 典型 DAQ 电路

根据输入信号带宽推荐不同放大器搭配：

• ≤20kHz：采用 THS4552 双通道全差分放大器，增益可配置为 1 或 4。
• ≤100kHz：同样使用 THS4552，优化外部电容参数以匹配带宽。
• ≤1MHz：采用 THS4541 高速全差分放大器，保证低失真与宽频带性能。

六、布局与可靠性

1. 布局 guidelines

• 模拟信号路径与数字线隔离，避免交叉干扰。
• 电源去耦电容（0.1μF+1μF）靠近电源引脚，无过孔；REFIO 引脚去耦电容靠近 REFIO/REFM，减少寄生电感。
• 接地：GND 与 REFM 引脚通过短路径连接到地平面，热焊盘必须接地。

2. 可靠性指标

• ESD 防护：模拟输入引脚（AINx）HBM±2000V，其他引脚 HBM±1000V，CDM±500V。
• 热阻：RθJA（结到环境）25.8°C/W，RθJC（结到壳体）13.3°C/W，需保证散热设计。

七、订购信息

型号	订购型号	包装规格	最小包装数量
ADS9227	ADS9227RHAR	40 引脚 VQFN	2500 片 / 卷带
ADS9228	ADS9228RHAR	40 引脚 VQFN	4000 片 / 卷带
ADS9229	ADS9229RHAR	40 引脚 VQFN	4000 片 / 卷带

均符合 RoHS 标准，MSL 等级为 3 级（260°C 峰值回流焊，168 小时潮湿敏感）。