ADC12QJ1600-SEP 技术文档总结

ADC12QJ1600-SEP是一款四通道、12位、1.6GSPS模数转换器（ADC）。低功耗、高采样率和 12 位分辨率使该器件适用于各种覆盖物-香奈儿通信系统。

6 GHz 的全功率输入带宽 （-3 dB） 支持对 L 波段和 S 波段进行直接射频采样。
*附件：adc12qj1600-sep.pdf

包括许多时钟功能以放宽系统硬件要求，例如带有集成压控振荡器 （VCO） 的内部锁相环 （PLL） 以生成采样时钟。提供四个时钟输出，用于对FPGA或ASIC的逻辑和SerDes进行时钟处理。为脉冲系统提供时间戳输入和输出。

JESD204C串行接口通过减少印刷电路板 （PCB） 布线量来减小系统尺寸。接口模式支持 2 至 8 通道（双通道和四通道设备）或 1 至 4 通道（用于单通道设备），SerDes 波特率高达 17.16Gbps，可为每个应用提供最佳配置。

特性

• 辐射耐受性：
  • 总电离剂量 （TID）：30krad （Si）
  • 单事件闩锁 （SEL）：43 MeV-cm2/mg
  • 单事件扰乱 （SEU） 免疫寄存器
• 空间增强塑料（太空 EP）：
  • 符合 ASTM E595 释气规范
  • 供应商项目图纸 （VID） V62/22610
  • 温度范围：–55°C 至 125°C
  • 一个制造、组装和测试站点
  • 晶圆批次可追溯性
  • 延长产品生命周期
  • 扩展产品变更通知
• ADC内核：
  • 分辨率：12位
  • 最大采样率：1.6GSPS
  • 非交错架构
  • 内部抖动可减少高阶谐波
• 性能规格 （–1dBFS）：
  • 信噪比 （100 MHz）：57.4dBFS
  • ENOB （100 MHz）：9.1 位
  • SFDR （100 MHz）：64dBc
  • 本底噪声 （–20 BFS）：–147dBFS
• 满量程输入电压：800mVPP-DIFF
• 全功率输入带宽：6GHz
• JESD204C 串行数据接口：
  • 总共支持 2 到 8 条 SerDes 通道
  • 最特率：17.16Gbps
  • 64B/66B 和 8B/10B 编码模式
  • 子类 1 对确定性延迟的支持
  • 与JESD204B接收器兼容
• 可选的内部采样时钟生成
  • 内部 PLL 和 VCO （7.2 – 8.2GHz）
• SYSREF 窗口简化同步
• 四个时钟输出简化了系统时钟
  • FPGA或相邻ADC的参考时钟
  • SerDes 收发器的参考时钟
• 脉冲系统的时间戳输入和输出
• 功耗（1GSPS）：1.9W
• 电源：1.1V、1.9V

参数

方框图

一、产品概述

ADC12QJ1600-SEP 是德州仪器（TI）推出的四通道 12 位 1.6GSPS 模数转换器（ADC） ，专为高可靠性、高频率场景设计，符合严苛的辐射耐受性要求，适配电子战（SIGINT、ELINT）、卫星通信（SATCOM）等关键领域。器件集成 JESD204C 高速串行接口，支持宽频带直接射频采样，兼具低功耗与高性能，采用 10mm×10mm 144 引脚 FCBGA 封装，工作温度范围覆盖 - 55°C 至 125°C，满足极端环境下的稳定运行需求。

二、核心特性

（一）辐射耐受性与可靠性

针对太空及高辐射环境优化，核心辐射指标如下：

• 总电离剂量（TID） ：30krad（Si），可承受长期辐射暴露；
• 单粒子锁定（SEL） ：43 MeV-cm²/mg，避免高能粒子导致的器件锁定；
• 单粒子翻转（SEU） ：寄存器免疫设计，防止数据因粒子撞击异常；
• 材料与合规性 ：采用太空增强型塑料封装（Space EP），符合 ASTM E595 释气规范，确保真空环境下无有害挥发物；
• 生命周期保障 ：单一制造 / 组装 / 测试站点、晶圆批次可追溯，提供延长产品生命周期及变更通知服务。

（二）ADC 核心性能

1. 精度与速率
   • 分辨率：12 位，无失码；
   • 最高采样率：1.6GSPS，非交错架构（避免交错失真）；
   • 线性度：积分非线性（INL）±1 LSB，微分非线性（DNL）±1 LSB，确保转换精度；
   • 内置抖动功能：降低高次谐波，优化动态性能。
2. 动态性能（-1dBFS 输入，100MHz 信号）
   • 信噪比（SNR）：57.4dBFS；
   • 有效位数（ENOB）：9.1 位；
   • 无杂散动态范围（SFDR）：64dBc；
   • 噪声基底（-20dBFS）：-147dBFS/Hz；
   • 全功率输入带宽：6GHz，支持 L 波段（1-2GHz）、S 波段（2-4GHz）直接射频采样，无需额外下变频电路。
3. 输入与输出特性
   • 全量程输入电压：800mVPP-DIFF（差分），支持 480mVPP-DIFF 至 1040mVPP-DIFF 可调；
   • 输入阻抗：内部 50Ω 差分端接，适配射频信号传输；
   • 输出接口：JESD204C 串行接口，支持 2-8 路 SerDes 通道，最高波特率 17.16Gbps，减少 PCB 布线复杂度。

（三）时钟与同步功能

1. 灵活时钟生成
   • 内置 PLL 与 VCO（7.2-8.2GHz）：支持从低频率参考时钟（50-500MHz）生成高速采样时钟，避免外部高频时钟布线干扰；
   • 时钟输入选项：支持差分时钟（CLK±）或单端时钟（SE_CLK），差分输入内置 100Ω 端接；
   • 多时钟输出：4 路时钟输出（PLLREFO±、TRIGOUT±、ORC、ORD），可作为 FPGA / 相邻 ADC 的参考时钟，简化系统时钟树设计。
2. 同步与确定性延迟
   • SYSREF 窗口化 ：自动检测 SYSREF 与采样时钟的相位关系，无需严格外部时序约束，轻松实现多器件同步；
   • JESD204C 子类 1 支持 ：通过 SYSREF 复位本地多帧时钟（LMFC）/ 本地扩展多块时钟（LEMC），实现确定性延迟，满足多 ADC 协同场景；
   • 时间戳功能：TMSTP± 差分输入标记特定采样点，TRIGOUT± 输出可重定时触发信号，适配脉冲系统同步需求。

（四）低功耗与工作模式

• 功耗优化 ：1GSPS 采样率下典型功耗 1.9W，支持低功耗模式（采样率≤1GSPS 时启用），通过寄存器配置可进一步降低功耗（如关闭闲置通道、优化校准周期）；
• 双工作模式 ：
  • 高性能模式：全采样率下保持最佳动态性能，适配高频率、高精度需求；
  • 低功耗模式：牺牲部分动态性能换取功耗降低，适合对功耗敏感的场景。

三、器件信息与电气规格

（一）基本参数

参数	规格	单位
分辨率	12	位
最高采样率	1.6	GSPS
全功率输入带宽	6	GHz
输入电压范围（差分）	480-1040（可调）	mVPP-DIFF
工作电源	VA11（1.1V）、VA19（1.9V）、VPLL19（1.9V）等	V
静态电流（1.1V 电源）	典型值 367-760（依模式而定）	mA
封装	144 引脚 FCBGA	10mm×10mm

（二）热特性

采用底部带散热焊盘的 FCBGA 封装，需将焊盘连接 AGND 优化散热，关键热阻参数如下：

热阻参数	数值	单位
结到环境（RθJA）	20.9	°C/W
结到板（RθJB）	6.54	°C/W
结到底部外壳（RθJC (bot)）	8.7	°C/W
结到顶部外壳（RθJC (top)）	1.0	°C/W

（三）ESD 防护

ESD 测试标准	数值	单位
人体放电模型（HBM，AEC Q100-002）	4000	V
带电器件模型（CDM，AEC Q100-011）	750	V

四、功能模块详解

（一）模拟输入与校准

1. 模拟输入电路
   • 差分输入设计：INA±、INB±、INC±、IND± 四组通道，每路内置 50Ω 端接电阻至 VA11（1.1V），支持 AC/DC 耦合；
   • 输入保护：内置钳位二极管，承受 ±50mA 峰值输入电流，峰值射频输入功率达 16.4dBm（50Ω 单端）；
   • 满量程调节：通过 FS_RANGE 寄存器（0x30）配置，范围 480-1040mVPP-DIFF，适配不同幅度输入信号。
2. 校准功能支持前景校准（Foreground）与背景校准（Background）两种模式，确保全温度范围性能稳定：
   • 前景校准 ：需暂停 ADC 采样，适合上电初始化或环境剧变后，校准线性度、增益与偏移；
   • 背景校准 ：通过冗余 ADC 核心（共 6 个核心，轮换校准）实现无中断校准，不影响正常数据输出；
   • 低功耗背景校准（LPBG） ：校准间隙关闭冗余核心，降低平均功耗，可通过 LP_SLEEP_DLY 调节休眠时长（最长 1.099×10¹² 个时钟周期）；
   • 偏移校准 ：独立校准输入缓冲偏移，支持以中间码或冗余核心为参考，适配 AC/DC 耦合场景。

（二）JESD204C 串行接口

1. 接口特性
   • 编码模式：支持 64B/66B（高效率，低开销）与 8B/10B（兼容 JESD204B 接收器）；
   • 通道数：2-8 路 SerDes 通道（四通道模式），单通道模式支持 1-4 路，最高波特率 17.16Gbps；
   • 确定性延迟：子类 1 支持，通过 SYSREF 同步 LMFC/LEMC，确保多器件延迟一致；
   • 纠错与检错：支持 CRC-12 循环冗余校验（检错）、FEC 前向纠错（纠 9 位突发错误），提升链路可靠性。
2. 工作模式（JMODE 配置） 通过 JMODE 寄存器（0x201）选择 16 种预设模式，覆盖不同分辨率、通道数与编码组合，典型模式如下：| JMODE | 分辨率 | 编码 | 通道数 | 采样率范围 |
   | ------- | ----------------- | --------- | -------- | ---------------- |
   | 0 | 12 位 | 8B/10B | 8 | 500-1600MSPS |
   | 7 | 8 位 | 64B/66B | 4 | 500-1600MSPS |
   | 8 | 12 位 | 64B/66B | 4 | 500-1386.7MSPS |
   | 15 | 12 位（双通道） | 64B/66B | 8 | 500-1600MSPS |

（三）时钟与同步子系统

1. PLL 与时钟生成
   • 转换器 PLL（C-PLL）：输入 50-500MHz 参考时钟，通过 VCO（7.2-8.2GHz）生成 1.6GSPS 采样时钟，支持分频比配置（P、V、N 分频器）；
   • SerDes PLL（S-PLL）：从采样时钟生成 SerDes 输出时钟，可通过 TRIGOUT± 输出分频时钟（16/32/64 分频），为 FPGA 收发器提供参考；
   • 时钟噪声抑制：VA11Q 与 VCLK11 噪声抑制功能（开启后增加约 20mA 电流），降低采样抖动与参考时钟杂散。
2. SYSREF 同步
   • 输入特性：差分 SYSREF±，支持 AC/DC 耦合，内置 100Ω 端接（LVPECL 模式为 50Ω）；
   • 窗口化功能：通过 SYSREF_POS 寄存器读取 SYSREF 与时钟的相位位置，SYSREF_SEL 选择最优采样点，无需外部时序校准；
   • 多器件同步：SYSREF 可复位多 ADC 的 LMFC/LEMC，实现多通道相位一致。

（四）测试与监控功能

1. 测试模式支持多种内置测试模式，用于系统调试与性能验证：
   • PRBS 模式：PRBS7/9/15/23/31 伪随机序列，验证链路完整性；
   • 斜坡模式：递增 octet 流，检查数据传输顺序；
   • 时钟模式：16 位交替 1/0 序列（0x00FF），测试时钟恢复；
   • 专用字符模式：K28.5（逗号字符）、D21.5（交替 0/1）等，用于码组同步测试。
2. 状态监控
   • 过范围检测（OVR）：通过 OVR_TH 寄存器设置阈值（默认 - 0.5dBFS），ORA/ORB/ORC/ORD 引脚输出通道过范围状态；
   • 告警功能：监测 PLL 锁定、FIFO 溢出、链路异常等，ALARM 引脚输出告警信号，ALM_STATUS 寄存器记录具体告警类型；
   • 温度监测：TDIODE± 引脚外接温度传感器，可监测器件结温，辅助热管理。

五、电气规格详解

（一）直流特性（典型值，TJ=50°C）

参数	测试条件	典型值	单位
输入失调电压（V_OFF）	CAL_OS=1	±0.6	mV
失调漂移	前景校准，CAL_OS=1	0.25	µV/°C
满量程电压（V_FS）	默认配置（FS_RANGE=0xA000）	800	mVPP-DIFF
满量程漂移	默认配置，前景校准	-0.0015	%/°C
输入电阻（R_IN）	差分端接	100	Ω
输入电容（C_IN）	单端	0.6	pF

（二）交流特性（100MHz 输入，-1dBFS）

参数	测试条件	典型值	单位
信噪比（SNR）	1.6GSPS，高性能模式	57.4	dBFS
无杂散动态范围（SFDR）	1.6GSPS，高性能模式	64	dBc
二次谐波失真（HD2）	1.6GSPS	-64	dBFS
三次谐波失真（HD3）	1.6GSPS	-67	dBFS
建立时间	10%FSR	8	µs

（三）功耗特性（典型值，TJ=50°C）

工作模式	采样率	总功耗（P_DIS）	关键电源电流（IVA19/IVA11/IVD11）
四通道，高性能	1.6GSPS	3.22W	788mA/702mA/734mA
四通道，低功耗	1.0GSPS	1.91W	558mA/394mA/384mA
掉电模式（PD=1）	-	0.14W	47mA/30mA/17mA

六、典型应用与设计指南

（一）核心应用场景

1. 电子战射频信号采样
   • 应用原理：利用 6GHz 全功率带宽，直接采样 L/S 波段射频信号（1-4GHz），无需混频器，简化接收链路；
   • 关键配置：启用 JESD204C 64B/66B 编码（减少链路开销）、FEC 纠错（提升抗干扰能力），通过背景校准维持宽温下性能稳定。
2. 卫星通信（SATCOM）多通道接收
   • 应用原理：四通道同步采样，支持多波束信号并行处理，SYSREF 同步确保多通道相位一致；
   • 关键配置：启用 C-PLL 生成 1.2GSPS 采样时钟，PLLREFO± 为 FPGA 提供参考时钟，时间戳功能标记突发信号。
3. 雷达信号处理
   • 应用原理：1.6GSPS 高采样率捕捉窄脉冲信号，内置抖动功能抑制谐波，SFDR=64dBc 确保小信号检测能力；
   • 关键配置：低功耗背景校准（LPBG），平衡性能与功耗，过范围检测（OVR）避免强信号饱和。

（二）硬件设计指南

1. 电源与布线
   • 电源域分离：模拟地（AGND）、数字地（DGND）、PLL 地（PGND）、SE_CLK 地（SE_GND）单点连接至公共地平面，避免串扰；
   • 去耦设计：VDD（1.1V）引脚并联 0.1μF 陶瓷电容（靠近引脚），VPLL19（1.9V）并联 1μF+0.1μF 电容，降低电源噪声；
   • 阻抗控制：JESD204C SerDes 线路匹配 50Ω 阻抗，长度匹配误差 < 1mm，减少信号反射。
2. 时钟与同步设计
   • 时钟输入：CLK± 建议 AC 耦合，若使用 DC 耦合需设置 LVPECL 模式（DEVCLK_LVPECL_EN=1），确保共模电压合规；
   • SYSREF 配置：优先启用 SYSREF 窗口化（SYSREF_ZOOM=1），通过 SYSREF_POS 选择中间采样点，最大化时序余量；
   • 多器件同步：多 ADC 共享同一 SYSREF 与参考时钟，PLLREFO± 级联时需注意信号衰减，建议每级添加缓冲。
3. 校准与初始化流程
   1. 上电后等待 INIT_DONE（0x270 寄存器）置 1，确保器件初始化完成；
   2. 配置 C-PLL：设置 CPLL_RESET=1，编程 P/V/N 分频器（0x3D/0x3E/0x3F），启用 VCO 校准（VCO_CAL_EN=1），等待 VCO_CAL_DONE=1；
   3. 配置校准模式：若需无中断运行，设置 CAL_BG=1（背景校准）、LP_EN=1（低功耗校准）；
   4. 配置 JESD204C：设置 JMODE（如 0x08，12 位 64B/66B）、启用 FEC（SHMODE=2），JESD_EN=1 启动接口；
   5. 同步 SYSREF：触发 SYSREF 信号，等待 ALIGNED（0x208 寄存器）置 1，确认延迟锁定。