TI ADS614X系列14位ADC：高性能与灵活性的完美结合

 

在当今的电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）扮演着至关重要的角色。Texas Instruments（TI）的ADS6145、ADS6144、ADS6143和ADS6142（统称ADS614X）系列14位ADC，以其卓越的性能和丰富的功能，成为众多应用场景下的理想选择。今天，我们就来深入探讨一下这款ADC的特点、应用及设计要点。

文件下载：ads6142.pdf

一、产品概述

ADS614X系列ADC具有高达125 MSPS的采样频率，采用紧凑的32 QFN封装，将高性能与低功耗完美结合。其内部集成了高带宽采样保持电路和低抖动时钟缓冲器，即使在高输入频率下，也能实现高信噪比（SNR）和高无杂散动态范围（SFDR）。

1.1 关键特性

• 高分辨率与高采样率：14位分辨率且无漏码，最大采样率可达125 MSPS，满足高速数据采集需求。
• 增益调节：具备3.5 dB的粗增益和高达6 dB的可编程细增益，可在SNR和SFDR之间进行权衡优化。
• 输出接口灵活：提供并行CMOS和双倍数据速率（DDR）LVDS两种输出选项，支持多种时钟输入类型，如SINE、LVCMOS、LVPECL和LVDS，时钟幅度低至400 mVPP。
• 内部参考与稳定性：内置参考电压，支持外部参考模式，无需外部去耦电容，且具有时钟占空比稳定器，确保数据采集的稳定性。
• 可配置性强：可编程输出时钟位置和驱动强度，便于数据采集；工作温度范围为 -40°C至85°C，适用于工业环境。

1.2 应用领域

ADS614X系列ADC广泛应用于无线通信基础设施、软件定义无线电、功率放大器线性化、802.16d/e测试与测量仪器、高清视频、医学成像和雷达系统等领域。

二、电气特性

2.1 精度与动态性能

在不同的采样频率下，ADS614X系列ADC均表现出出色的精度和动态性能。以ADS6145为例，在125 MSPS采样频率下，10 MHz输入信号时SFDR可达90 dBc，SINAD可达73.7 dBFS；在170 MHz输入信号且3.5 dB增益时，SFDR为78 dBc，SINAD为68.6 dBFS。

2.2 功耗

该系列ADC的功耗根据不同型号和工作模式有所差异。例如，ADS6145在正常工作模式下功耗为417 mW，而在全局掉电模式下功耗可低至30 - 60 mW，有助于降低系统功耗。

三、数字特性与时序

3.1 数字输入输出

数字输入引脚（PDN、SCLK、SDATA和SEN）具有明确的高低电平要求，输出接口分为CMOS和LVDS两种模式，每种模式的输出电压和电容特性都有详细规定，确保与不同的数字系统兼容。

3.2 时序特性

时序参数对于确保ADC的正常工作至关重要。ADS614X系列ADC的时序特性在不同采样频率下有明确的规定，包括时钟传播延迟、输出时钟占空比、数据上升时间和下降时间等，设计时需严格遵循这些参数。

四、设备编程模式

ADS614X系列ADC支持串行接口编程和并行接口控制两种方式，方便用户根据实际需求进行配置。

4.1 串行接口编程

通过串行接口对内部寄存器进行编程时，需先将寄存器复位到默认值，RESET引脚保持低电平。SEN、SDATA和SCLK作为串行接口引脚，用于访问ADC的内部寄存器。

4.2 并行接口控制

使用并行接口控制时，将RESET引脚接高电平（AVDD），SEN、SCLK、SDATA和PDN作为并行接口控制引脚，可直接控制ADC的某些模式，如待机、输出格式选择等。

五、引脚配置与典型特性

5.1 引脚配置

ADS614X系列ADC在CMOS和LVDS模式下的引脚配置有所不同，但都有明确的功能定义。例如，AVDD为模拟电源引脚，AGND为模拟地引脚，CLKP和CLKM为差分时钟输入引脚等。

5.2 典型特性

文档中提供了不同型号在不同条件下的典型特性曲线，如FFT频谱、互调失真（IMD）与频率的关系、SNR和SFDR与温度的关系等，这些曲线有助于工程师在设计时评估ADC的性能。

六、应用信息与设计要点

6.1 工作原理

ADS614X系列ADC基于开关电容技术，采用单3.3 - V电源供电。转换过程由外部输入时钟的上升沿触发，输入信号经采样保持后，通过一系列低分辨率级进行顺序转换，最终在数字校正逻辑块中组合输出。

6.2 模拟输入

模拟输入采用基于开关电容的差分采样保持架构，具有良好的交流性能。输入引脚（INP和INM）需外部偏置在VCM引脚提供的1.5 - V共模电压附近，以实现2 VPP的差分输入摆幅。

6.3 参考电压

ADS614X系列ADC内置内部参考电压（REFP和REFM），无需外部组件。可通过编程选择内部或外部参考模式，外部参考模式下，VCM引脚作为参考输入，通过内部缓冲和增益生成REFP和REFM电压。

6.4 时钟输入

时钟输入可采用差分或单端驱动方式，为获得最佳性能，建议采用差分驱动以降低共模噪声影响。对于高输入频率采样，建议使用低抖动的时钟源，并可对时钟源进行带通滤波以减少抖动影响。

6.5 电源管理

ADS614X系列ADC具有四种掉电模式：全局掉电、待机、输出缓冲器禁用和输入时钟停止。这些模式可通过串行接口或并行接口进行设置，以满足不同的功耗需求。

6.6 数字输出接口

数字输出接口分为并行CMOS和DDR LVDS两种模式，每种模式都有其特点和应用场景。例如，CMOS模式下输出缓冲器电源（DRVDD）可在1.8 - V至3.3 - V范围内工作，适用于不同的数字系统；LVDS模式下数据传输速率更高，抗干扰能力更强。

6.7 电路板设计考虑

在电路板设计时，需注意接地、电源去耦和散热等问题。建议使用单独的模拟和数字电源，以隔离数字开关噪声对敏感模拟电路的影响；将封装底部的暴露焊盘焊接到接地平面，以获得最佳的散热性能。

七、总结

TI的ADS614X系列14位ADC以其高性能、低功耗、灵活性和可配置性，为电子工程师提供了一个强大的工具。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择ADC型号，优化电路设计，以充分发挥其性能优势。同时，深入理解其电气特性、编程模式和设计要点，有助于提高设计的成功率和系统的可靠性。

你在使用ADS614X系列ADC的过程中遇到过哪些问题？你对其性能和功能有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。