探秘ADS612X系列12位ADC：高性能与低功耗的完美结合

 

在当今高速发展的电子世界中，模拟 - 数字转换器（ADC）作为连接模拟世界和数字世界的桥梁，其性能的优劣直接影响着整个系统的表现。德州仪器（TI）的ADS612X系列ADC，以其卓越的性能和丰富的特性，在众多应用领域中脱颖而出。今天，我们就来深入探究一下这款ADC的奥秘。

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一、ADS612X系列概述

ADS612X系列包含ADS6125、ADS6124、ADS6123和ADS6122四款产品，是一组12位的A/D转换器，最高采样频率可达125 MSPS。它采用紧凑的32 QFN封装，将高性能与低功耗完美融合。该系列产品使用内部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

• 高采样率：最高可达125 MSPS，满足高速数据采集需求。
• 12位分辨率：无丢失码，保证了数据转换的准确性。
• 增益选项丰富：3.5 dB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。
• 输出接口多样：提供并行CMOS和双数据速率（DDR）LVDS输出选项，适应不同的系统需求。
• 时钟兼容性强：支持正弦波、LVCMOS、LVPECL、LVDS时钟输入，时钟幅度低至400 mVPP。
• 低功耗设计：不同型号的功耗在285 mW - 417 mW之间，适合对功耗敏感的应用。

二、电气特性剖析

2.1 分辨率与输入特性

ADS612X系列均为12位分辨率，确保了高精度的数据转换。其差分输入电压范围为2 VPP，输入电阻大于1 MΩ，输入电容约为7 pF，模拟输入带宽高达450 MHz，能够处理高频信号。

2.2 直流精度

在直流精度方面，该系列产品表现出色。无丢失码保证了数据的完整性，偏移误差在 - 10 mV到10 mV之间，增益误差由于内部参考不准确和通道增益误差两部分组成，但都控制在较小范围内。

2.3 动态特性

动态特性是衡量ADC性能的重要指标。ADS612X系列在不同输入频率下，SNR、SINAD和SFDR都表现优异。例如，在Fin = 10 MHz（0 dB增益）时，ADS6122的SFDR可达95 dBc，SINAD可达71.6 dBFS。

2.4 功耗特性

不同型号的功耗有所差异，随着采样率的降低，功耗也相应降低。如ADS6122的功耗仅为285 mW，而ADS6125的功耗为417 mW。在不同的输出接口模式下，功耗也会有所不同。

三、设备编程模式

ADS612X系列提供了两种编程模式：串行接口编程和并行接口控制，方便用户根据实际需求进行配置。

3.1 串行接口编程

使用串行接口编程时，需要先将内部寄存器复位到默认值，RESET引脚需保持低电平。SEN、SDATA和SCLK作为串行接口引脚，用于访问ADC的内部寄存器。寄存器可以通过在RESET引脚上施加脉冲或设置 位来复位。

3.2 并行接口控制

并行接口控制则是将RESET引脚连接到高电平（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，无需施加复位脉冲。

四、应用信息

4.1 理论操作

ADS612X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，信号被输入采样保持电路捕获后，通过一系列低分辨率阶段进行顺序转换，最终在数字校正逻辑块中组合输出。数据延迟为9个时钟周期，输出为12位数据，可选择DDR LVDS或CMOS格式，编码方式为直偏移二进制或二进制补码。

4.2 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。INP和INM引脚需外部偏置在VCM引脚提供的1.5 V共模电压附近，全差分输入时，每个输入引脚需在VCM + 0.5 V和VCM - 0.5 V之间对称摆动。

4.3 参考

ADS612X内置内部参考REFP和REFM，无需外部组件。可通过编程串行接口寄存器位 选择内部或外部参考模式。在内部参考模式下，VCM引脚输出1.5 V共模电压；在外部参考模式下，VCM作为参考输入引脚。

4.4 时钟输入

时钟输入可以是差分或单端方式，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，并进行带通滤波以减少抖动影响。

4.5 电源管理

ADS612X具有四种电源管理模式：全局掉电、待机、输出缓冲器禁用和输入时钟停止。可通过串行接口或并行接口设置这些模式，以满足不同的功耗需求。

4.6 数字输出接口

提供并行CMOS和DDR LVDS两种输出接口。CMOS接口的输出缓冲器电源（DRVDD）可在1.8 V - 3.3 V范围内工作；LVDS接口仅支持3.3 V DRVDD电源，数据以LVDS电平输出。

五、设计注意事项

5.1 驱动电路设计

为了获得最佳性能，模拟输入必须采用差分驱动。建议在每个输入引脚串联一个5 - Ω电阻，以抑制封装寄生效应引起的振铃。同时，要为共模开关电流提供低阻抗路径。

5.2 电路板设计

在电路板设计方面，要注意接地、电源去耦和散热。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，以获得最佳散热性能。

六、总结

ADS612X系列ADC以其高性能、低功耗、丰富的特性和灵活的编程模式，为电子工程师提供了一个优秀的选择。无论是无线通信基础设施、软件定义无线电，还是测试测量仪器、高清视频等领域，ADS612X都能发挥出色的作用。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择型号和配置参数，同时注意驱动电路和电路板设计的细节，以充分发挥其性能优势。你在使用类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。