ADS54J60 双通道 16 位 1.0-GSPS 模数转换器技术文档总结

该ADS54J60是一款低功耗、宽带宽、16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 –159 dBFS/Hz 的本底噪声，适用于在宽瞬时带宽上实现最高动态范围的应用。该器件支持数据速率高达 10 Gbps 的JESD204B串行接口，每个 ADC 支持两个或四个通道。缓冲模拟输入在很宽的频率范围内提供均匀的输入阻抗，同时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ADS54J60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，以得出用于序列化每个通道的16位数据的位时钟。
*附件：ads54j60.pdf

特性

• 16位分辨率、双通道、1GSPS ADC
• 本底噪声：–159 dBFS/Hz
• 光谱性能（f 在 = 170 MHz，–1 dBFS）：
  • 信噪比：70 dBFS
  • NSD：–157 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：67.5 dBFS
  • NSD：–154.5 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

方框图

ADS54J60 是德州仪器推出的低功耗、宽带宽双通道模数转换器（ADC），核心优势是 16 位高分辨率、1.0-GSPS 采样率、宽输入带宽及优异频谱性能，集成可编程数字下变频器（DDC）与 JESD204B 高速串行接口，适用于雷达、宽带无线通信、测试测量等对动态范围和数据传输速率要求严苛的场景。

一、核心性能与定位

• 采样与分辨率 ：双通道设计，单通道采样率最高 1.0 GSPS，16 位分辨率，噪声基底低至 –159 dBFS/Hz，有效位数（ENOB）最高 11.5 位，支持 2 倍 / 4 倍抽取滤波，平衡速率与精度需求。
• 频谱与带宽 ：输入带宽达 1.2 GHz（3 dB），170 MHz 输入时 SNR 典型值 70 dBFS、SFDR 86 dBc（含交织杂散），350 MHz 输入时 SNR 67.5 dBFS、SFDR 75 dBc；通道隔离度 100 dBc（170 MHz），三阶交调失真（IMD3）低至 –88 dBFS，抗干扰能力优异。
• 接口与同步 ：支持 JESD204B 子类 1 接口，单通道可选 2 lane（10 Gbps/lane）或 4 lane（5 Gbps/lane）传输，支持多芯片同步；集成 SYSREF 信号接口，实现确定性延迟，满足多通道同步采集需求。
• 环境与供电 ：工作温度 –40°C~85°C，需 1.15 V（IOVDD）、1.9 V（AVDD/DVDD）、3.0 V（AVDD3V）多电源轨供电；单通道功耗 1.35 W（1 GSPS），支持灵活电源管理与功耗优化模式。

二、关键功能与硬件特性

1. 集成功能模块

• 可编程 DDC 模块：支持 2 倍 / 4 倍抽取滤波，含低通、高通、带通及 IQ 输出模式，抽头数 41 级，阻带衰减最高 90 dB，可灵活适配不同带宽需求，降低后端处理压力。
• 高速接口与同步：JESD204B 接口支持 8b/10b 编码与数据加扰， lane 速率 2.5 Gbps~10 Gbps，减少接口线数；SYSREF 信号实现多芯片同步，支持子类 0/1/2 配置，适配不同系统架构。
• 过量程与校准：支持可编程快速过量程（FOVR）检测，阈值可通过寄存器配置， latency 仅 18 时钟周期 + 4 ns；内置直流偏移校正模块，支持 ±1024 码值校正，可冻结或旁路，适配直流 / 交流耦合场景。
• 交织校正技术：采用 4 路交织采样架构，搭配内置交织误差校正与抖动优化算法，降低交织杂散，提升宽频范围内的频谱纯净度。

2. 工作模式

• 全速采样模式：1.0 GSPS 无抽取采样，JESD204B 接口直传 16 位原始数据，满足高速实时采集需求。
• 抽取滤波模式：启用 DDC 模块进行 2 倍 / 4 倍抽取，输出速率降至 500 MSPS/250 MSPS，同时提升 SNR 与 SFDR，适配低速后端处理场景。
• 低功耗模式：支持通道级电源管理，可单独关闭某通道 ADC 或输入缓冲，全局掉电模式功耗低至 0.29 W，平衡性能与功耗。
• 测试模式：提供 JESD204B 接口测试图案（如 RPAT 图案）与内部校准模式，便于系统自检与性能验证。

3. 封装与引脚

• 采用 72 引脚 VQFN 封装（10 mm×10 mm），含差分模拟输入（INAP/INAM、INBP/INBM）、JESD204B 输出 lane（DAxP/DAxM、DBxP/DBxM）、时钟输入（CLKINP/CLKINM）、同步信号（SYSREFP/SYSREFM）及 SPI 控制引脚。
• 模拟地（AGND）与数字地（DGND）分离设计，底部热焊盘需可靠接地优化散热；电源引脚分散布局，便于就近去耦，降低噪声耦合。

三、编程与配置

• 寄存器控制 ：通过 SPI 接口（24 位地址 + 8 位数据）配置，支持页面寻址（模拟银行、JESD 银行），可设置采样率、滤波模式、JESD204B 接口参数、过量程阈值等，寄存器支持读写校验。
• DDC 配置 ：通过寄存器选择抽取倍数（2x/4x）、滤波器类型（低通 / 高通 / 带通 / IQ）及中心频率，4 倍抽取时支持 IQ 正交输出，中心频率固定为采样率的 1/4。
• 同步与校准 ：SYSREF 信号需为本地多帧时钟（LMFC）的子谐波，支持外部触发或寄存器手动触发同步；直流偏移校正模块可通过寄存器冻结、旁路或加载外部校正值，适配温漂补偿需求。

四、典型应用场景

• 雷达与天线阵列：多通道同步采集、高速信号处理；
• 宽带无线通信：DOCSIS 3.1 接收器、软件无线电（SDR）；
• 测试与测量：通信测试设备、数字化仪、微波接收器；
• 医疗影像：高分辨率医疗诊断设备的信号采集。

五、设计关键要点

1. 电源与去耦 ：多电源轨需按 “IOVDD→AVDD/DVDD→AVDD3V” 顺序上电，每个电源引脚就近配置 0.1 μF 陶瓷电容 + 10 μF 电解电容去耦；模拟电源与数字电源分开布线，减少串扰。
2. 信号接口：模拟输入推荐差分驱动，AC/DC 耦合均可，需匹配 2.0 V 共模电压；时钟输入支持 LVPECL/LVDS 差分信号，建议差分幅度 0.7 VPP~1.6 VPP，降低时钟抖动（目标外部抖动 ≤50 fs）。
3. 布局规范：采用至少 6 层 PCB 设计，模拟区与数字区分开布线，差分信号（模拟输入、JESD204B 输出）走线长度匹配、阻抗控制（100 Ω 差分）；热焊盘大面积接地，优化散热；数字信号线远离模拟输入路径，避免辐射干扰。
4. 同步与校准：多芯片同步时需确保 SYSREF 信号与采样时钟的时序匹配；上电后需执行硬件复位与寄存器初始化，DC 耦合场景建议冻结偏移校正模块，避免外部直流信号干扰。