ADC3421 系列 12 位四通道高速模数转换器（ADC）技术文档总结

ADC342x是一款高线性度、超低功耗、四通道、12位、25MSPS至125MSPS模数转换器（ADC）系列。这些器件专为支持具有大动态范围要求的苛刻高输入频率信号而设计。输入时钟分频器为系统时钟架构设计提供了更大的灵活性，SYSREF输入可实现完整的系统同步。ADC342x系列支持串行低压差分信号（LVDS），以减少接口线的数量，从而实现高系统集成密度。串行LVDS接口为双线接口，其中每个ADC数据通过两个LVDS对串行输出。内部锁相环（PLL）将输入ADC采样时钟相乘，以得出用于序列化每个通道的12位输出数据的位时钟。除了串行数据流外，帧和位时钟也作为LVDS输出传输。
*附件：adc3421.pdf

特性

• 四通道
• 12 位分辨率
• 单电源：1.8 V
• 串行LVDS接口
• 灵活的输入时钟缓冲器，具有1、-2、-4分频功能
• SNR = 70.2 dBFS，SFDR = 87 dBc（f 在 = 70兆赫
• 超低功耗：
  • 98 mW/通道，125 MSPS
• 信道隔离度：105 dB
• 内部抖动和斩波器
• 支持多芯片同步
• 引脚对引脚兼容，与14位版本兼容
• 封装：VQFN-56（8 mm × 8 mm）

参数

方框图

ADC3421 系列是德州仪器推出的四通道高速高精度 ADC，采样率覆盖 25 MSPS（ADC3421）至 125 MSPS（ADC3424），核心优势是高线性度、低功耗、宽输入带宽及 LVDS 串行接口，适用于蜂窝基站、雷达、软件无线电（SDR）等对多通道、高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 ：12 位分辨率，70 MHz 输入时 SNR 达 70.2 dBFS、SFDR 达 87 dBc；通道隔离度 105 dB，内置抖动（Dither）和斩波（Chopper）功能，降低噪声与谐波失真；积分非线性（INL）、微分非线性（DNL）性能优异，无失码输出。
• 输入与带宽 ：差分输入满量程 2 VPP，3 dB 输入带宽达 540 MHz，支持高频信号采集；输入共模电压固定为 0.95 V，输入阻抗 6.6 kΩ（差分）、输入电容 3.7 pF，适配多种信号源驱动。
• 速率与功耗 ：单通道功耗低至 98 mW（125 MSPS 时），四通道总功耗最高 475 mW；支持 1 倍 / 2 倍 / 4 倍输入时钟分频，灵活适配系统时钟架构。
• 环境适应性 ：工作温度 -40°C85°C，模拟 / 数字电源均为 1.7 V1.9 V（标称 1.8 V）；抗静电性能达 HBM ±2000 V，兼容 1.8 V/3.3 V CMOS 数字输入。

二、关键功能与硬件特性

1. 集成功能模块

• 四通道独立 ADC 核心，每通道数据通过 LVDS 串行接口输出，支持 1 线（12 倍串行化）或 2 线（6 倍串行化）模式，减少接口线数，提升系统集成度。
• 内置 PLL 电路，将采样时钟倍频为位时钟，用于数据串行化；支持 SYSREF 同步输入，实现多芯片同步采集，满足大规模多通道系统需求。
• 提供全局掉电、待机及单通道掉电模式，全局掉电功耗仅 5 mW，待机模式唤醒时间 35 μs，平衡性能与节能需求。

2. 工作模式

• 连续采样模式：四通道同步高速采集，适用于实时数据传输场景。
• 低功耗模式：支持全局掉电（功耗 5 mW）和待机模式（功耗 45 mW），可通过引脚或寄存器配置，适配低吞吐量场景。
• 测试模式：支持全 0、全 1、伪随机序列（PRBS）等多种测试图案输出，便于系统自检与调试。

3. 封装与引脚

• 采用 56 引脚 8mm×8mm VQFN 封装，含独立模拟电源（AVDD）、数字电源（DVDD）及接地引脚，底部热焊盘需接地优化散热。
• 引脚包括四组差分模拟输入（INAP/INAMINDM/INDP）、LVDS 数据输出（DAxP/DAxMDDxP/DDxM）、时钟输入（CLKP/CLKM）、同步信号（SYSREFP/SYSREFM）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、LVDS 输出格式、掉电控制、抖动 / 斩波功能使能等；支持寄存器读写校验，确保配置可靠性。
• 数据格式与接口 ：输出 12 位二进制补码或偏移二进制格式，LVDS 输出差分电压 280 mV~460 mV，支持 100 Ω 差分阻抗匹配；帧时钟（FCLK）、位时钟（DCLK）同步输出，便于后端数据解析。
• 同步与校正 ：SYSREF 信号实现多芯片同步，时钟分频功能适配不同输入时钟频率；内置孔径抖动校正，降低外部时钟抖动对采样精度的影响。

四、典型应用场景

• 多载波多模式蜂窝基站、雷达与智能天线阵列；
• 软件无线电（SDR）、微波接收器、矢量网络分析仪；
• 电机控制反馈、无损检测设备、通信测试仪器。

五、设计关键要点

1. 电源与去耦 ：模拟电源（AVDD）与数字电源（DVDD）需独立供电，各电源引脚就近配置 0.1 μF 陶瓷电容 + 10 μF 电解电容去耦，减少电源噪声耦合；电源平面需分离，降低数字噪声对模拟电路的干扰。
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），时钟输入支持差分（ sine/LVPECL/LVDS）或单端（LVCMOS）驱动；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 5 Ω~15 Ω 电阻抑制寄生振荡；LVDS 输出通道需阻抗匹配（100 Ω 差分），远离模拟信号路径，避免串扰。
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，数字输出走线与模拟输入走线保持垂直，减少电磁干扰。