探索ADC14155：14位、155 MSPS、1.1 GHz带宽A/D转换器

 

在当今的电子设计领域，高性能的A/D转换器是许多应用的核心组件。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的ADC14155，一款14位、155 MSPS、1.1 GHz带宽的A/D转换器，看看它在设计中能为我们带来哪些优势和挑战。

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特性亮点

高性能指标

ADC14155具有1.1 GHz的全功率带宽，能够处理高频信号，为高IF采样接收器、无线基站接收器等高频应用提供了有力支持。其内部集成了采样保持电路，有助于减少外部组件数量，降低功耗。同时，它还具备低功耗特性，在155 MSPS的转换速率下，功耗仅为967 mW（典型值），这对于需要长时间运行的设备来说至关重要。

灵活的配置选项

该转换器支持单端或差分时钟模式，并且可以通过引脚选择输出数据格式，包括偏移二进制或2的补码格式。这种灵活性使得ADC14155能够适应不同的系统需求，为设计师提供了更多的选择。此外，它还配备了数据就绪输出时钟和时钟占空比稳定器，确保在不同的时钟占空比下都能保持良好的性能。

内部参考电压

ADC14155提供了内部精密的1.0V参考电压，用户也可以选择使用外部参考电压。在使用内部参考时，能够简化设计，减少外部组件的使用；而使用外部参考则可以根据具体应用需求进行更精确的调整。

应用领域

ADC14155的高性能和灵活性使其适用于多种应用领域，包括但不限于：

• 通信领域：如无线基站接收器、多载波多模式接收器等，能够满足高速数据采集和处理的需求。
• 测试测量设备：在雷达系统、通信仪器等设备中，高精度的A/D转换是保证测量准确性的关键。
• 功率放大器线性化：通过对模拟信号的精确转换，帮助实现功率放大器的线性化，提高系统性能。

关键规格参数

分辨率和转换速率

ADC14155的分辨率为14位，能够提供较高的精度。转换速率可达155 MSPS，满足高速数据采集的要求。

动态性能指标

在动态性能方面，当输入频率为70 MHz时，SNR（信噪比）典型值为71.3 dBFS，SFDR（无杂散动态范围）典型值为87.0 dBFS，ENOB（有效位数）典型值为11.5位。这些指标表明该转换器在处理高频信号时具有良好的性能。

其他参数

全功率带宽为1.1 GHz（典型值），确保了对高频信号的有效处理。此外，它还具有较低的功耗和良好的温度稳定性，能够在-40°C至+85°C的工业温度范围内正常工作。

引脚描述与等效电路

模拟输入输出引脚

ADC14155的模拟输入引脚包括VIN+和VIN-，形成差分输入对。参考引脚VRP、VRM和VRN需要进行适当的旁路处理，以减少杂散电感的影响。VREF引脚可以作为内部参考电压输出或外部参考电压输入，使用时需要注意其阻抗匹配和电流限制。

数字输入输出引脚

数字输入引脚包括CLK+、CLK-、PD和CLK_SEL/DF，用于控制时钟模式、数据格式和功率模式。数字输出引脚包括D0 - D13、DRDY和OVR，提供14位转换结果、数据就绪信号和过范围指示信号。

电气特性

静态特性

在静态特性方面，ADC14155的积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）都在较小的范围内，确保了转换的准确性。增益误差和偏移误差也得到了很好的控制，并且具有较低的温度系数。

动态特性

动态特性是衡量A/D转换器性能的重要指标。ADC14155在不同输入频率下都表现出了良好的SNR、SFDR和THD（总谐波失真）性能，能够有效减少噪声和失真的影响。

逻辑和电源特性

数字输入输出引脚具有合适的电压和电流范围，确保了与其他数字电路的兼容性。电源特性方面，需要注意模拟和数字电源的旁路处理，以减少电源噪声对转换器性能的影响。

时序和AC特性

时钟频率范围

ADC14155的时钟频率范围为5 MHz至155 MHz，设计师需要根据具体应用需求选择合适的时钟频率。同时，要确保时钟信号的稳定性和低抖动，以获得最佳的性能。

转换延迟和输出延迟

转换延迟为8个时钟周期，输出延迟相对于时钟下降沿为2.0 ns。这些延迟参数在设计数据采集系统时需要考虑，以确保数据的准确采集和处理。

孔径延迟和抖动

孔径延迟是指时钟下降沿后到输入信号被采集或保持进行转换的时间，孔径抖动则是孔径延迟的变化。ADC14155的孔径延迟和抖动都较小，有助于减少噪声和误差的影响。

设计注意事项

电源供应

电源供应对于ADC14155的性能至关重要。模拟和数字电源引脚都需要进行适当的旁路处理，以减少电源噪声。建议使用低ESL（等效串联电感）的电容，并将其放置在靠近引脚的位置。同时，要确保电源电压的稳定性，避免电压波动对转换器造成影响。

布局和接地

合理的布局和接地是保证ADC14155准确转换的关键。要将模拟和数字区域分开，避免数字电路的噪声干扰模拟电路。DRGND引脚应与其他接地引脚保持一定距离，以减少输出电流的瞬态噪声对转换过程的影响。此外，时钟线应尽量短，避免与其他信号交叉，以减少干扰。

动态性能优化

为了获得最佳的动态性能，时钟源应具有尖锐的过渡区域和低抖动。可以使用缓冲器将ADC时钟与数字电路隔离，避免数字电路的噪声影响时钟信号。同时，要注意时钟线的阻抗匹配和终端匹配，以减少反射和干扰。

应用电路示例

在实际应用中，我们可以使用变压器或差分放大器来驱动模拟输入。变压器适用于高频输入信号，能够提供宽带阻抗和共模路径。差分放大器则适用于低频应用，需要注意其快速响应和充电毛刺的处理。此外，还可以使用外部电阻和电容网络来隔离充电毛刺和过滤宽带噪声，提高转换器的SFDR性能。

总结

ADC14155是一款性能优异的A/D转换器，具有高带宽、低功耗、灵活配置等特点。在设计过程中，我们需要充分考虑其电气特性、时序要求和布局接地等因素，以确保获得最佳的性能。同时，根据具体应用需求选择合适的时钟源、驱动电路和信号调理电路，能够进一步优化转换器的性能。希望通过本文的介绍，能帮助电子工程师更好地理解和应用ADC14155。

各位工程师朋友们，在使用ADC14155的过程中，你们遇到过哪些问题或有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流！