ADC34RF52 四通道 14 位 1.5GSPS 射频采样模数转换器（ADC）技术文档总结

该ADC34RF52是一款单核14位、1.5GSPS、四通道模数转换器（ADC），支持输入频率高达2.5 GHz的射频采样。该设计最大限度地提高了信噪比 （SNR），并提供了 -153 dBFS/Hz 的噪声频谱密度。使用额外的内部 ADC 和片上信号平均，噪声密度提高到 -156 dBFS/Hz。

每个ADC通道都可以使用支持相位相干跳频的48位NCO连接到双频数字下变频器（DDC）。使用GPIO引脚进行NCO频率控制，可以在不到1 μs的时间内实现跳频。
*附件：adc34rf52.pdf

该ADC34RF52支持具有子类 1 确定性延迟的 JESD204B 串行数据接口，数据速率高达 13 Gbps。每个ADC通道只有2个serdes通道。

高能效ADC架构在1.5GSPS时功耗为0.73 W/ch，并以较低的采样率提供功率缩放。

特性

• 14位、四通道1.5GSPS ADC
• 噪声频谱密度：
  • -153 dBFS/Hz，无平均值
  • -156 dBFS/Hz，2 倍平均
• 单核（非交错）ADC架构
• 孔径抖动：50 fs
• 低近距离残余相位噪声：
  • 10 kHz 偏移时为 -133 dBc/Hz
• 光谱性能（f 在 = 900 MHz，-4 dBFS）：
  • 2 倍内部平均
  • 信噪比：65.2 dBFS
  • SFDR HD2,3：74 dBc
  • SFDR 最差杂散：90 dBFS
• 输入满量程：1.0/1.1Vpp （1/1.8 dBm）
• 全功率输入带宽 （-3 dB）：1.6 GHz
• JESD204B串行数据接口
  • 最大通道速率：13 Gbps
  • 支持子类 1 确定性延迟
• 数字下变频器
  • 每个ADC通道最多两个DDC
  • 复输出：4 倍至 128 倍抽取
  • 48 位 NCO 相位相干跳频
  • 快速跳频：< 1 μs
• 功耗：0.73 W/通道（1x AVG）
• 电源：1.8 V、1.2 V

参数

方框图

一、产品概述

ADC34RF52 是一款 14 位分辨率、1.5GSPS 最大采样率的四通道 ADC，采用 9mm×9mm 64 引脚 VQFN（RTD 封装），工作温度覆盖 - 40°C85°C，结温上限 105°C（长期使用建议不超过此值）。器件支持 600MHz2.5GHz 射频直接采样，集成 8 个内部 ADC 核心（4 个主核心 + 4 个校准 / 平均核心），通过 2 倍内部平均可将噪声谱密度从 - 153dBFS/Hz 优化至 - 156dBFS/Hz，单通道功耗 0.73W（1 倍平均模式），适配高通道数、高动态范围的射频信号采集系统，典型应用包括相控阵雷达、电子战、高速数字化仪及通信基础设施。

二、核心特性

1. 高精度射频采样性能

（1）静态与动态指标

• 分辨率与线性度 ：14 位无失码，微分非线性（DNL）典型值 ±0.9LSB，积分非线性（INL）典型值 ±4LSB；增益误差、偏移误差均为 ±0.2% FSR，全温域（-40°C~85°C）内精度稳定。
• 噪声与动态范围 （典型值，TA=25°C，FS=1.5GSPS，FIN=900MHz）：
  • 噪声谱密度（NSD）：-153dBFS/Hz（1 倍平均）、-156dBFS/Hz（2 倍平均）；
  • 信噪比（SNR）：64.1dBFS（1 倍平均，-1dBFS 输入）、67.9dBFS（2 倍平均，-20dBFS 输入）；
  • 无杂散动态范围（SFDR）：74dBc（2 次 / 3 次谐波，1 倍平均）、90dBFS（最差杂散，2 倍平均）；
  • 三阶交调失真（IMD3）：81dBFS（双音输入，-7dBFS/tone，1 倍平均）。
• 带宽与采样特性 ：
  • 全功率输入带宽（-3dB）：1.6GHz（1 倍平均）、1.5GHz（2 倍平均）；
  • 孔径抖动：50fs（典型值），近载频残留相位噪声：-133dBc/Hz（10kHz 偏移），确保高频率信号采样精度；
  • 输入满量程：1.0Vpp（1dBm）、1.1Vpp（1.8dBm），支持 100Ω 差分内部端接，输入共模电压 350mV（典型值）。

（2）灵活的信号调理能力

• 内部平均功能 ：支持 1 倍 / 2 倍内部平均，2 倍平均模式通过 2 个 ADC 核心同步采样并叠加，可降低非相关噪声（如热噪声），代价是带宽轻微下降（从 1.6GHz 降至 1.5GHz）及功耗增加（单通道从 0.73W 升至 1.0W）；
• 模拟抖动（Dither） ：可选带外大振幅抖动（20MHz 带宽，DC 附近），振幅可调（最大 - 20dBFS），开启后可改善高次谐波失真（HD2/HD3 提升 3~5dBc），适用于弱信号采集场景；
• 过量程检测 ：支持 GPIO 引脚快速过量程指示（6 个时钟周期延迟，粘性 / 非粘性可选）或 JESD 数据流嵌入过量程标志（替换 LSB），便于系统实时监控信号幅度。

2. 集成数字下变频器（DDC）与快速跳频

（1）DDC 核心参数

• 通道配置 ：每通道支持 1~2 个 DDC，单通道最大复抽取比 128 倍，实抽取比 64 倍，支持单频段 / 双频段模式：
  • 单频段模式：4 倍～128 倍复抽取，瞬时带宽（IBW）9.375MHz~300MHz（FS=1.5GSPS）；
  • 双频段模式：8 倍～128 倍复抽取，每频段 IBW4.6875MHz~150MHz；
• 滤波器性能 ：复抽取滤波器通带带宽～80%（-1dB），阻带抑制≥85dB，实抽取滤波器通带带宽～40%，可有效抑制镜像频率与带外干扰。

（2）48 位 NCO 与快速跳频

• 数控振荡器（NCO） ：每 DDC 配 48 位 NCO，支持 - FS/2~+FS/2 频率调节，相位连续 / 无限相位相干两种跳频模式，相位噪声≤-100dBc；
• 跳频速度 ：通过 GPIO 引脚控制 NCO 频率时，跳频时间 < 1μs（取决于抽取比，4 倍抽取时～500ns，128 倍抽取时～8μs），支持 4 个预设频率快速切换，适配电子战、雷达等需要快速频率捷变的场景。

3. JESD204B 高速串行接口

• 接口性能 ：支持 8 路 SerDes lanes，每 lane 最大速率 13Gbps，兼容 JESD204B 子类 1（确定性延迟），单通道仅需 2 路 lane 即可传输 1.5GSPS 数据；
• 帧结构与同步 ：支持多帧配置（LMFS 参数），如 8-4-2-2（8 lanes、4 转换器、2 octets / 帧、2 样本 / 帧），通过 SYSREF 信号实现多器件同步，同步窗口 ±50ps，支持 AC/DC 耦合（内部 100Ω 端接）；
• 测试与调试 ：内置 PRBS 测试图案（2⁷-1~2³¹-1）、斜坡图案及 JESD 链路对齐序列，可通过 SPI 配置输出测试信号，简化系统调试。

4. 校准与可靠性设计

（1） foreground 校准机制

• 校准核心 ：集成 2 个额外校准 ADC 核心（通道 A/B 共享 1 个，通道 C/D 共享 1 个），支持 “在线校准”—— 校准过程中主 ADC 持续工作，通过 GPIO 或 SPI 触发，单通道校准时间～13.5ms，全四通道～27ms；
• 校准效果 ：可补偿温度漂移（-40°C85°C 内 INL 变化≤1LSB）、电源噪声影响，校准后 SNR 提升 12dBFS，确保长期工作精度。

（2）故障检测与防护

• 过压保护 ：模拟输入（INxP/M）最大承受电压 - 0.6V~1.2V，射频输入峰值功率≤12dBm（100Ω 端接）；
• ESD 防护 ：人体放电模型（HBM）±1000V，带电器件模型（CDM）±500V，符合工业级防护标准；
• 电源监控 ：支持电源序列检测，AVDD12、CLKVDD（时钟电源）需优先于 AVDD18 上电，避免上电时序错误导致器件损坏。

三、功能架构与工作原理

1. 核心架构

器件采用 “模拟采样 - 数字信号处理 - 高速传输” 三段式架构，关键模块如下：

• 模拟采样层 ：4 路差分射频输入（INAP/M~INDP/M），每路含 2 个 ADC 核心（主核心 + 平均核心），支持 1 倍 / 2 倍平均；采样时钟（CLKP/M）采用独立电源（CLKVDD），降低时钟噪声对采样的影响；
• 数字处理层 ：每通道集成 2 个 DDC，含 48 位 NCO、抽取滤波器及相位相干跳频控制；支持复抽取（带频率搬移）、实抽取（低通滤波），抽取比 4~128 倍可调；
• 高速传输层 ：JESD204B 接口模块，含 8B/10B 编码器、扰码器（可选）、8 路 SerDes 发射器，支持 lane 重新映射（通过 SPI 配置输出 mux），可灵活适配 FPGA / 处理器接口。

2. 关键工作模式

• 旁路模式 （默认）：DDC 不工作，ADC 采样数据直接通过 JESD 输出，功耗最低（0.73W / 通道），适用于高带宽、无频率搬移需求场景；
• 1 倍平均模式 ：单通道仅启用 1 个 ADC 核心，噪声谱密度 - 153dBFS/Hz，带宽 1.6GHz，平衡带宽与噪声性能；
• 2 倍平均模式 ：单通道启用 2 个 ADC 核心同步采样并叠加，噪声谱密度优化至 - 156dBFS/Hz，带宽降至 1.5GHz，适用于弱信号采集（如电子战、频谱分析）；
• 快速跳频模式 ：通过 GPIO1/2 或 “快速 SPI” 控制 NCO 频率，跳频时间 < 1μs，支持相位相干跳频（多频率同步至 SYSREF），适配雷达目标跟踪、通信频率捷变场景。

四、电气特性

1. 电源与电流特性

电源参数	测试条件	典型值	最大值	单位
AVDD18 电流（IAVDD18）	1 倍平均，DDC 旁路，FIN=900MHz	330	-	mA
	2 倍平均，DDC 旁路，FIN=900MHz	500	-	mA
AVDD12 电流（IAVDD12）	1 倍平均，DDC 旁路，FIN=900MHz	740	-	mA
	2 倍平均，DDC 旁路，FIN=900MHz	1110	-	mA
CLKVDD 电流（ICLKVDD）	1 倍平均，DDC 旁路，FIN=900MHz	80	-	mA
DVDD 电流（IDVDD）	1 倍平均，DDC 旁路，FIN=900MHz	1110	-	mA
功耗（PDIS）	1 倍平均，四通道工作	2.92	-	W
	2 倍平均，四通道工作	4.05	-	W
掉电模式功耗	快速唤醒（<1ms）	210	-	mW

2. 射频输入与时钟特性

参数	测试条件	典型值	单位
模拟输入带宽（-3dB）	1 倍平均，100Ω 端接	1.6	GHz
输入阻抗（差分）	FIN=100MHz	100	Ω
输入共模电压（VICM）	所有通道工作	350	mV
时钟输入频率	采样率 1.5GSPS	1500	MHz
时钟输入电压（VID）	差分输入	1~2.4	Vpp
时钟端接阻抗	FIN=1.5GHz	100	Ω
孔径抖动（TA）	全温域	50	fs

3. JESD204B 接口特性

参数	测试条件	典型值	最大值	单位
SerDes lane 速率	单 lane 传输	12.8	13.0	Gbps
随机抖动（RJ）	6.4Gbps，RPAT 图案	0.7	-	ps（RMS）
确定性抖动（DJ）	6.4Gbps，RPAT 图案	8.9	-	ps（峰峰值）
总抖动（TJ）	6.4Gbps，RPAT 图案	19.5	-	ps（峰峰值）
帧对齐时间（ILA）	发送 4 个多帧完成同步	16	-	多帧周期