深入解析ADC08D1520：高性能8位ADC的卓越之选

 

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的ADC08D1520，一款低功耗、高性能的8位ADC，它在高速数据采集和处理方面展现出了卓越的性能。

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一、产品概述

ADC08D1520是基于ADC08D1500平台构建的双路、低功耗、高性能CMOS模拟 - 数字转换器。它能够以高达1.7 GSPS的采样率将信号数字化为8位分辨率，相比ADC08D1500具有更多扩展功能，如用于系统调试的测试模式输出、时钟相位调整和可选输出解复用模式等。

二、关键特性

（一）电源与性能

• 单电源供电：采用单一 +1.9V ±0.1V电源供电，典型功耗在1.0 GSPS非解复用模式下仅为1.6瓦，在整个工作温度范围内保证无漏码。
• 高性能架构：独特的折叠和插值架构、全差分比较器设计、创新的内部采样保持放大器和自校准方案，使得所有动态参数在奈奎斯特频率以上具有非常平坦的响应。在748 MHz输入信号和1.5 GHz采样率下，可实现7.4位的有效位数（ENOB），代码错误率（C.E.R.）低至$10^{-18}$。

（二）灵活的工作模式

• 交错模式：支持2倍采样率的交错模式，两个转换器可交错使用，作为单个3 GSPS ADC。
• 输出解复用：每个转换器都有可选的输出解复用器，可选择1:1或1:2解复用模式，灵活调整输出数据速率。
• 时钟选项：提供单数据速率（SDR）或双数据速率（DDR）输出时钟选择，以及第二个DCLK输出，还具备占空比校正的采样时钟。

（三）丰富的控制功能

• 多ADC同步：具备多个ADC同步能力，可调整输入满量程范围、时钟相位和偏移。
• 测试模式：提供测试模式输出，方便系统调试。

三、应用领域

ADC08D1520的高性能和灵活性使其适用于多个领域：

• 直接RF下变频：在无线通信系统中，可实现直接射频下变频，提高信号处理效率。
• 数字示波器：为数字示波器提供高速、高精度的数据采集能力。
• 卫星机顶盒：满足卫星机顶盒对高速数据处理的需求。
• 通信系统：在各种通信系统中，实现模拟信号到数字信号的高效转换。
• 测试仪器：为测试仪器提供准确的数据采集和处理功能。

四、电气特性

（一）静态特性

• 积分非线性（INL）：在直流耦合、1 MHz正弦波过范围条件下，典型值为 +0.3 LSB，最大 ±0.9 LSB。
• 差分非线性（DNL）：典型值为 +0.15 LSB，最大 ±0.6 LSB。
• 分辨率：8位无漏码分辨率。
• 偏移误差（VOFF）：典型值为 -0.75 LSB。

（二）动态特性

• 全功率带宽（FPBW）：在非双边缘采样（Non - DES）模式下为2.0 GHz。
• 有效位数（ENOB）：在748 MHz输入、FSR - 0.5 dB条件下，典型值为7.4位。
• 信号与噪声加失真比（SINAD）：在748 MHz输入、FSR - 0.5 dB条件下，典型值为46.4 dB。

（三）电源特性

• 模拟电源电流（IA）：在1:2解复用模式、1.5 GHz时钟频率下，典型值为818 mA，最大930 mA。
• 输出驱动电源电流（IDR）：在1:2解复用模式、1.5 GHz时钟频率下，典型值为225 mA，最大305 mA。
• 功耗：在1:2解复用模式、1.5 GHz时钟频率下，典型值为2.0瓦，最大2.35瓦。

五、功能描述

（一）校准

ADC08D1520在上电时会自动进行校准，也可由用户通过命令触发。校准可调整100Ω模拟输入差分终端电阻，最小化满量程误差、偏移误差、DNL和INL，从而最大化SNR、THD、SINAD（SNDR）和ENOB。校准过程中会设置内部偏置电流，无论是上电校准还是命令校准，都对实现ADC的指定性能至关重要。

（二）输入采集

在1:2解复用非DES模式下，数据在CLK + 引脚的下降沿采集，数字等效数据在13个输入时钟周期后出现在DI和DQ输出总线上，14个输入时钟周期后出现在DId和DQd输出总线上。此外，还有一个额外的内部延迟$t_{OD}$。

（三）控制模式

• 非扩展控制模式：用户通过多个控制引脚实现对设备的配置和控制，如启动校准周期、进入掉电模式和设置满量程范围等。
• 扩展控制模式：通过串行接口和一组9个寄存器提供更多配置和控制选项。该模式下，部分功能的引脚控制被寄存器控制取代。

（四）时钟

ADC08D1520需要交流耦合的差分时钟信号驱动。提供SDR和DDR两种输出时钟选项，还可选择使用占空比校正的时钟接收器，以提高ADC时钟性能，特别是在双边缘采样（DES）模式下。

（五）双边缘采样（DES）模式

DES模式允许ADC08D1520的两个输入（I通道或Q通道）由两个ADC同时采样，一个ADC在输入时钟的上升沿采样，另一个在下降沿采样，从而实现两倍于输入时钟频率的采样率，即3 GSPS（输入时钟为1.5 GHz时）。在该模式下，输出数据需要仔细交错以重建采样信号。

六、应用注意事项

（一）参考电压

ADC08D1520的参考电压来自1.254V带隙参考，其缓冲版本在$V_{BG}$引脚提供给用户。该输出具有 ±100 μA的输出电流能力，若需要更大电流，需进行缓冲。内部带隙参考电压的标称值由FSR引脚确定。

（二）模拟输入

• 输入方式：模拟输入为差分输入，信号源可采用交流或直流耦合。在非扩展控制模式下，通过FSR引脚选择满量程输入范围；在扩展控制模式下，通过串行接口编程FullScale Voltage Adjust寄存器选择。
• 共模电压：输入共模电压必须精确控制，应保持在$V_{CMO}$输出的 ±50 mV范围内，以确保最佳性能。

（三）时钟输入

• 时钟信号：ADC08D1520的时钟输入为差分LVDS时钟，需要交流耦合的差分时钟信号驱动。输入时钟信号的幅度和占空比应符合规格要求，以避免影响动态性能。
• 时钟抖动：高速、高性能的ADC对时钟信号的稳定性要求极高，应尽量减少时钟抖动，以防止抖动引起的SNR降低。

（四）电源与热管理

• 电源旁路：为防止A/D转换器的瞬态电流干扰自身电源，应在电源引脚附近放置适当的旁路电容，如33 μF电容和0.1 μF电容。
• 电源隔离：$V{A}$和$V{DR}$电源引脚应相互隔离，以防止数字噪声耦合到ADC的模拟部分。
• 热管理：由于ADC08D1520在高速运行时会产生一定热量，需要注意热管理，确保芯片温度不超过130°C。可通过合理的PCB布局和散热措施来实现。

（五）布局与接地

• 接地方式：采用单一接地平面，避免将接地平面分割为模拟和数字区域，以减少噪声干扰。
• 信号隔离：模拟和数字电路应保持良好的分离，输入时钟线应与其他线路隔离，避免交叉。

七、总结

ADC08D1520以其低功耗、高性能、灵活的工作模式和丰富的控制功能，成为高速数据采集和处理应用的理想选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置和使用该芯片，并注意参考电压、模拟输入、时钟输入、电源和热管理以及布局接地等方面的问题，以充分发挥其性能优势。希望本文对大家在使用ADC08D1520进行电子设计时有所帮助。你在使用这款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。