ADS54J40 14 位双路 1.0-GSPS 高速模数转换器（ADC）技术文档总结

该ADS54J40是一款低功耗、宽带宽、14位、1.0GSPS、双通道模数转换器（ADC）。该器件专为高信噪比 （SNR） 而设计，可提供 –158 dBFS/Hz 的本底噪声，适用于在宽瞬时带宽下实现最高动态范围的应用。该器件支持数据速率高达10.0 Gbps的JESD204B串行接口，每个ADC支持两个或四个通道。缓冲模拟输入在宽频率范围内提供均匀的输入阻抗，并最大限度地减少采样保持毛刺能量。每个ADC通道都可以选择连接到宽带数字下变频器（DDC）模块。该ADS54J40在较大的输入频率范围内以极低的功耗提供出色的无杂散动态范围 （SFDR）。

JESD204B接口减少了接口线的数量，从而实现了高系统集成密度。内部锁相环（PLL）将ADC采样时钟相乘，得出用于序列化每个通道的14位数据的位时钟。
*附件：ads54j40.pdf

特性

• 14位分辨率、双通道、1GSPS ADC
• 本底噪声：–158 dBFS/Hz
• 光谱性能（f 在 = 170 MHz，–1 dBFS）：
  • 信噪比：69.0 dBFS
  • NSD：–155.9 dBFS/Hz
  • SFDR：86 dBc（包括交错音调）
  • SFDR：89 dBc（HD2、HD3 和交错音调除外）
• 光谱性能（f 在 = 350 MHz，–1 dBFS）：
  • 信噪比：66.3 dBFS
  • NSD：–153.3 dBFS/Hz
  • SFDR：75 dBc
  • SFDR：85 dBc（HD2、HD3 和交错音调除外）
• 信道隔离度：100 dBc（f 在 = 170兆赫
• 输入满量程：1.9 V聚丙烯
• 输入带宽 （3 dB）：1.2 GHz
• 片上抖动
• 集成宽带 DDC 模块
• JESD204B支持子类 1 的接口：
  • 每个 ADC 2 通道，速率为 10.0 Gbps
  • 每个ADC4通道，5.0 Gbps
  • 支持多芯片同步
• 功耗：1.35 GSPS 时为 1 W/ch
• 封装：72引脚VQFNP（10 mm×10 mm）

参数

ADS54J40 是德州仪器推出的高速、高精度双通道模数转换器，核心优势是 1.0-GSPS 采样率、14 位分辨率、宽输入带宽及优异的频谱性能，支持 JESD204B 接口与多芯片同步，适用于雷达、宽带无线通信、测试仪器等对高速数据采集和动态范围要求严苛的场景。

一、核心性能与定位

• 精度与频谱性能 ：14 位分辨率，噪声基底低至 - 158 dBFS/Hz；170MHz 输入时 SNR 达 68.9 dBFS、SFDR 达 86 dBc（含交织杂散），89 dBc（不含二次 / 三次谐波及交织杂散），通道隔离度 100 dBc，动态范围优异。
• 输入与带宽 ：差分输入满量程 1.9 VPP，3dB 输入带宽 1.2 GHz，支持宽频率范围信号采集；内置输入缓冲器，输入阻抗稳定，减少外部驱动电路设计复杂度。
• 速率与功耗 ：单通道采样率最高 1.0 GSPS，每通道功耗 1.35 W（1 GSPS 时），支持 2 倍 / 4 倍抽取滤波，平衡速率与功耗需求。
• 环境适应性 ：工作温度 - 40℃~85℃，抗静电性能达 HBM±1000V、CDM±500V，满足工业及通信设备可靠性要求。

二、关键功能与硬件特性

1. 集成功能模块

• 内置宽带有源数字下变频器（DDC），支持 2 倍 / 4 倍抽取滤波，提供低通、高通、带通及 IQ 输出模式，可灵活适配不同信号处理需求。
• 支持 JESD204B 串行接口（子类 1），单 ADC 可配置 2 路（10 Gbps / 路）或 4 路（5 Gbps / 路）通道，减少接口线数，支持多芯片同步（SYSREF 信号）。
• 集成交织 mismatch 补偿、DC 偏移校正模块，以及片内抖动功能，提升采样精度与频谱纯净度；提供快速过 range 指示（FOVR），响应延迟仅 18 时钟周期 + 4ns。

2. 工作模式

• 连续采样模式：持续高速采集信号，适用于实时数据传输场景。
• 抽取滤波模式：通过 2 倍 / 4 倍抽取降低输出数据率，提升 SNR 与 SFDR，适配低速后端处理。
• 电源管理模式：支持全局掉电、单通道 ADC / 缓冲器掉电等多档功耗配置，全局掉电功耗低至 0.29 W，兼顾性能与节能。

3. 封装与引脚

• 采用 72 引脚 10mm×10mm VQFNP 封装，含独立模拟电源（AVDD/AVDD3V）、数字电源（DVDD/IOVDD）及接地引脚，热焊盘需连接 AGND 优化散热。
• 引脚包括双路差分模拟输入（INAP/INAM、INBP/INBM）、JESD204B 数据输出（DAxP/DAxM、DBxP/DBxM）、时钟输入（CLKINP/CLKINM）、同步信号（SYSREFP/SYSREFM、SYNC）及 SPI 控制引脚。

三、编程与配置

• 寄存器控制 ：通过 SPI 接口访问多页寄存器，配置采样模式、DDC 参数、JESD204B 接口、电源管理及校正功能；支持通道独立配置与广播配置，操作灵活。
• 数据格式与接口 ：输出 14 位二进制补码，经 JESD204B 接口串行传输，支持 8b/10b 编码与数据加扰；支持多帧时钟（LMFS）配置，适配不同 lane 数与数据率组合。
• 同步与校正 ：SYSREF 信号实现多芯片同步，内置交织补偿、DC 偏移校正模块，支持手动 / 自动校正，可通过寄存器冻结或更新校正参数，适应温度变化带来的性能漂移。

四、典型应用场景

• 雷达与天线阵列、宽带无线通信（DOCSIS 3.1 接收器）；
• 通信测试仪器、软件无线电（SDR）、微波接收器；
• 医疗成像、高速数据采集卡（Digitizers）等需要高速、高精度信号转换的设备。

五、设计关键要点

1. 电源与去耦 ：模拟电源（AVDD 1.9V、AVDD3V 3.0V）与数字电源（DVDD 1.9V、IOVDD 1.15V）需独立供电，各电源引脚就近配置 0.1μF 陶瓷电容 + 10μF 电解电容去耦，减少电源噪声耦合。
2. 时钟与同步：采用低抖动时钟源（建议外部时钟抖动尽可能小），CLKIN 差分输入需匹配阻抗；多芯片同步时需保证 SYSREF 信号与采样时钟的时序关系，满足建立 / 保持时间要求。
3. 信号接口：模拟输入采用差分布线，长度匹配，串联 5Ω~10Ω 电阻抑制寄生振荡；JESD204B 输出通道需阻抗匹配（100Ω 差分），远离模拟信号路径，减少串扰。
4. 布局规范：分离模拟与数字区域，采用完整接地平面；热焊盘可靠接地以优化散热；模拟输入与时钟信号布线避免交叉，减少电磁干扰。