深入解析ADS624X系列ADC：高性能与灵活性的完美结合

 

在电子工程师的日常工作中，选择一款合适的模数转换器（ADC）至关重要。今天，我们就来深入探讨TI公司的ADS624X系列ADC，包括ADS6245、ADS6244、ADS6243和ADS6242这几款产品，看看它们在性能、功能和应用方面有哪些独特之处。

文件下载：ads6242.pdf

产品概述

ADS624X系列是高性能的14位、125/105/80/65 MSPS双通道A - D转换器。其采用串行LVDS数据输出，有效减少了接口线数量，使得该系列产品能够封装在紧凑的48引脚QFN封装（7 mm × 7mm）中，极大地提高了系统集成密度。这对于空间有限的设计场景来说，无疑是一个巨大的优势。

主要特性

兼容性出色

该系列产品与12位家族（ADS622X）引脚兼容，与四通道家族（ADS644X和ADS642X）功能兼容。这种兼容性为工程师在不同设计需求之间切换提供了便利，降低了设计成本和风险。

高性能指标

• 高分辨率与无失码：具备14位分辨率且无失码，能够提供高精度的转换结果，满足对数据精度要求较高的应用场景。
• 同时采样与保持：支持同时采样和保持功能，确保多通道输入信号的同步采集，避免了信号之间的时间差带来的误差。
• 增益灵活可调：拥有3.5 dB的粗增益和最高6 dB的可编程细增益，可用于在SFDR（无杂散动态范围）和SNR（信噪比）之间进行权衡。在不同的应用场景中，工程师可以根据实际需求调整增益，以达到最佳的性能表现。
• 多种时钟输入支持：支持正弦波、LVCMOS、LVPECL、LVDS时钟输入，且时钟幅度可低至400 mVpp。这种灵活性使得ADS624X能够适应各种不同的时钟源，方便与不同的系统进行集成。
• 内部参考与外部参考支持：内置内部参考，同时也支持外部参考模式，且参考无需外部去耦。这不仅简化了设计，还提高了系统的稳定性和可靠性。

应用领域广泛

ADS624X系列产品适用于多种应用场景，包括基站IF接收器、分集接收器、医学成像和测试设备等。在这些领域中，其高性能和灵活性能够充分发挥作用，为系统提供准确、可靠的数据采集。

性能对比

型号	采样率（MSPS）	SFDR（dBc） - Fin = 10MHz (0 dB gain)	SFDR（dBc） - Fin = 170MHz (3.5 dB gain)	SINAD（dBFS） - Fin = 10MHz(0 dB gain)	SINAD（dBFS） - Fin = 170MHz (3.5 dB gain)	每通道功耗（mW）
ADS6245	125	87	79	73.4	68.3	500
ADS6244	105	91	83	73.4	69.3	405
ADS6243	80	92	84	74.2	69.4	350
ADS6242	65	93	84	74.3	70	315

从这些数据可以看出，不同型号的ADS624X在采样率、SFDR、SINAD和功耗等方面存在差异。工程师可以根据具体的应用需求，选择最合适的型号。例如，对于对采样率要求较高的应用，可以选择ADS6245；而对于对功耗敏感的应用，则可以考虑ADS6242。

工作原理

ADS624X是基于CMOS技术的开关电容架构的双通道14位流水线ADC。在外部输入时钟的上升沿，所有四个通道同时启动转换。输入信号被每个通道的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。这些阶段的输出在数字校正逻辑块中组合，形成最终的14位字，整个过程存在12个时钟周期的延迟。每个通道的14位字被序列化并以LVDS电平输出，同时还输出位时钟和帧时钟，帧时钟与14位字边界对齐。

关键设计要点

模拟输入

• 采样保持架构：模拟输入采用基于开关电容的差分采样保持架构，这种拓扑结构即使在高输入频率下也能实现出色的AC性能。
• 偏置要求：INP和INM引脚需要在VCM引脚提供的1.5 V共模电压附近进行外部偏置。对于满量程差分输入，每个输入引脚需要在VCM + 0.5 V和VCM – 0.5 V之间对称摆动，从而实现2 - Vpp的差分输入摆动。
• 驱动电路要求：为了获得最佳性能，模拟输入必须采用差分驱动方式，以提高共模噪声抗扰能力和偶次谐波抑制能力。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，需要为共模开关电流提供低阻抗路径（<50 Ω），例如通过使用两个电阻将每个输入端连接到共模电压（VCM）。此外，驱动电路还需要在所需的频率范围内提供低插入损耗，并与源阻抗匹配。

时钟输入

• 驱动方式多样：ADS624X的时钟输入可以采用差分驱动（SINE、LVPECL或LVDS）或单端驱动（LVCMOS），不同驱动方式之间的性能差异较小。
• 共模电压设置：时钟输入的共模电压通过内部5 - kΩ电阻设置为VCM，这使得可以使用变压器耦合驱动电路来驱动正弦波时钟，或者对LVPECL、LVDS时钟源进行交流耦合。
• 性能优化建议：为了获得最佳性能，建议采用差分驱动时钟输入，以降低对共模噪声的敏感性。对于高输入频率采样，建议使用低抖动的时钟源，并对时钟源进行带通滤波，以减少抖动的影响。此外，使用非50%占空比的时钟输入不会影响性能。
• 时钟缓冲器增益：当使用正弦时钟输入时，随着时钟幅度的增加，时钟抖动带来的噪声会减小。因此，建议使用较大的时钟幅度（>1Vpp），以避免性能下降。时钟缓冲器具有可编程增益，可以放大输入时钟，以支持非常低的时钟幅度。增益可以通过编程寄存器位进行设置，从Gain 0到Gain 5单调递增。

电源管理

• 电源模式丰富：ADS624X具有三种电源管理模式，分别是全局电源关闭、通道待机和输入时钟停止。
• 全局电源关闭：在全局电源关闭模式下，几乎整个芯片都会被关闭，包括四个ADC、内部参考、PLL和LVDS缓冲器。此时，总功耗典型值降至约77 mW（输入时钟运行时）。该模式可以通过设置寄存器位来启动，输出数据和时钟缓冲器处于高阻抗状态。从该模式唤醒到数据在正常模式下变为有效需要100 μs。
• 通道待机：在通道待机模式下，每个通道的ADC会被关闭，这有助于实现非常快速的唤醒时间。四个ADC可以通过寄存器位独立关闭，而输出LVDS缓冲器保持通电。从该模式唤醒到数据在正常模式下变为有效需要200个时钟周期。
• 输入时钟停止：当输入时钟频率低于1 MSPS，或者在任何采样频率下输入时钟幅度小于400 mV（pp，差分，默认时钟缓冲器增益设置）时，转换器会进入该模式。此时，所有ADC和LVDS缓冲器都会被关闭，功耗约为235 mW。从该模式唤醒到数据在正常模式下变为有效需要100 μs。

数字输出接口

• 输出选项灵活：ADS624X提供多种灵活的输出选项，包括1 - 线、1×帧时钟、14×和16×序列化与DDR位时钟；2 - 线、1×帧时钟、16×序列化，与DDR和SDR位时钟，字节方式/位方式/字方式；2 - 线、1×帧时钟、14×序列化，与SDR位时钟，字节方式/位方式/字方式；2 - 线、(0.5 x)帧时钟、14×序列化，与DDR位时钟，字节方式/位方式/字方式。这些选项可以通过并行引脚或串行接口轻松编程。
• 不同接口特点：不同的输出接口选项在最大采样频率、位时钟频率和输出数据速率等方面会有所不同。例如，1 - 线接口适合较低采样频率的应用，而2 - 线接口则更适合较高采样频率的应用。在2 - 线接口中，16×序列化可以方便未来无缝升级到16位ADC，而无需修改接收器捕获逻辑设计。

测试与验证

• 捕获测试模式：ADS624X输出的位时钟（DCLK）几乎位于数据转换的中心位置。建议在PCB上以最小的相对偏差布线位时钟、帧时钟和输出数据线，以确保接收器有足够的建立/保持时间进行可靠捕获。
• 测试模式多样：该系列产品包括DESKEW、SYNC等测试模式，以及全零、全一和翻转等其他测试模式。这些模式可以用于验证接收器捕获时钟边缘的位置是否正确，以及确保反序列化后的数据与帧边界对齐。

总结

ADS624X系列ADC凭借其高性能、多功能和灵活性，为电子工程师在数据采集和处理领域提供了一个优秀的解决方案。无论是在基站通信、医学成像还是测试设备等应用中，它都能够满足不同的设计需求。在实际设计过程中，工程师需要根据具体的应用场景，合理选择型号，并注意模拟输入、时钟输入、电源管理和数字输出接口等关键设计要点，以充分发挥ADS624X的性能优势。你在使用ADS624X系列ADC时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。