深入剖析ADC08060：8位A/D转换器的卓越之选

 

在电子设计领域，A/D转换器是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们就来深入了解一款性能出色的8位A/D转换器——ADC08060，它来自德州仪器（TI），具有低功耗、高性能等诸多优点，适用于多种应用场景。

文件下载：adc08060.pdf

一、ADC08060概述

ADC08060是一款低功耗、8位的单片式模拟 - 数字转换器，片上集成了跟踪保持电路。它专为低成本、低功耗、小尺寸和易用性而优化，转换速率在20 MSPS到70 MSPS之间，在整个工作范围内具有出色的动态性能，每兆赫兹时钟频率仅消耗1.3 mW的功率，在60 MSPS时功耗仅为78 mW。将PD引脚置高可使ADC08060进入掉电模式，此时功耗仅为1 mW。

（一）特性亮点

1. 单端输入：简化了输入电路的设计，降低了成本和复杂度。
2. 内部采样保持功能：确保在转换过程中输入信号的稳定，提高转换精度。
3. 低电压（单 +3V）运行：适合电池供电的便携式设备，降低了功耗和电源设计的难度。
4. 小封装：节省了电路板空间，便于集成到小型设备中。
5. 掉电功能：在不需要工作时可以降低功耗，延长电池寿命。

（二）关键规格参数

参数	详情
分辨率	8位
最大采样频率	60 MSPS（最小值）
差分非线性（DNL）	±0.4 LSB（典型值）
有效位数（ENOB）	在$f_{IN}=25 MHz$时为7.5位（典型值）
总谐波失真（THD）	-60 dB（典型值）
功耗	工作时1.3 mW/MSPS（典型值），掉电模式下1 mW（典型值）

（三）应用领域

ADC08060适用于多种应用场景，包括数字成像系统、通信系统、便携式仪器、维特比解码器和机顶盒等。

二、引脚描述与等效电路

ADC08060采用24引脚TSSOP封装，下面我们来详细了解一下各个引脚的功能。	引脚编号	符号	等效电路	描述
6	VIN	AGND	模拟信号输入，转换范围为VR到VRT
3	VRT	-	ADC参考梯的高端模拟输入，标称范围为1.0V到VA，VRT和VR输入电压定义了Vin转换范围，需良好旁路
9	VRM	-	参考梯的中点，应通过0.1 μF电容旁路到模拟接地平面的干净、安静点
10	VRB	AGND	ADC参考梯的低端模拟输入，标称范围为0.0V到（VRT - 1.0V），VR和VR输入电压定义了Vin转换范围，需良好旁路
23	PD	VA GND	掉电输入，该引脚为高电平时，转换器进入掉电模式，数据输出引脚保持最后一次转换结果
24	CLK	CMOS/TTL兼容数字时钟输入，VIN在CLK输入的下降沿采样
13 - 16和19 - 22	DO - D7	VD D DGND	转换数据数字输出引脚，DO为最低有效位（LSB），D7为最高有效位（MSB），有效数据在CLK输入的上升沿后输出
7	VIN GND	-	单端模拟输入VIN的参考地
1、4、12	VA	-	正模拟电源引脚，连接到干净、安静的 +3V电压源，每个引脚应通过0.1 μF陶瓷芯片电容旁路，外加一个10 μF电容
18	DR VD	-	输出驱动器的电源，若连接到VA，需与VA良好去耦
17	DR GND	-	输出驱动器电源的接地返回端
2、5、8、11	AGND	-	模拟电源的接地返回端

三、电气特性

（一）直流精度

ADC08060在直流精度方面表现出色，积分非线性（INL）最大为±1.3 LSB，差分非线性（DNL）最大为±1.0 LSB，且不存在丢失码的情况。全量程误差（FSE）最大为 +28 mV，零刻度偏移误差（ZSE）最大为 +35 mV。

（二）模拟输入和参考特性

输入电压范围为VRB到VRT，输入电容在时钟低电平时为3 pF，高电平时为4 pF，输入电阻大于1 MΩ，全功率带宽为200 MHz。参考电压VRT和VRB有明确的范围要求，参考梯电阻为150 - 300 Ω，参考梯电流为5.3 - 10.6 mA。

（三）动态性能

在不同输入频率下，ADC08060的有效位数（ENOB）、信噪失真比（SINAD）、信噪比（SNR）、无杂散动态范围（SFDR）和总谐波失真（THD）等动态性能指标表现良好。例如，在$f{IN}=25 MHz$，$V{IN}=-0.25 dBFS$时，ENOB为7.5位，SINAD为47 dB，SNR为47 dB，SFDR为60 dBc，THD为 -57 dBc。

（四）电源特性

模拟电源电流（IA）最大为31 mA，输出驱动器电源电流（DR ID）最大为1 mA，总工作电流最大为32 mA。功耗方面，直流输入时最大为96 mW，在$f{IN}=10 MHz$，$V{IN}=-3 dBFS$，PD为低电平时为88 mW，CLK低电平且PD为高电平时仅为0.6 mW。电源抑制比PSRR1为54 dB，PSRR2为45 dB。

（五）交流电气特性

最大转换速率为70 MHz，最小转换速率为20 MHz，最小时钟低时间和高时间均为6.7 ns，输出保持时间为4.4 ns，输出延迟最大为12 ns，流水线延迟为2.5个时钟周期，采样（孔径）延迟为1.5 ns，孔径抖动为2 ps rms。

四、典型性能特性

文档中给出了一系列典型性能特性曲线，展示了ADC08060在不同条件下的性能表现，如失真与电源电压的关系、SINAD/ENOB与输入频率的关系、功耗与时钟频率的关系等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解器件的性能，进行合理的设计和优化。

五、规格定义

为了准确理解和使用ADC08060，我们需要了解一些关键规格的定义，如孔径（采样）延迟、孔径抖动、时钟占空比、差分非线性、有效位数、全功率带宽、全量程误差、积分非线性、互调失真、电源抑制比、输出延迟、输出保持时间、流水线延迟、信噪比、信噪失真比、无杂散动态范围、总谐波失真和零刻度偏移误差等。这些定义为我们评估和比较ADC的性能提供了标准。

六、功能描述

ADC08060采用独特的架构，在输入频率高达30 MHz时可实现超过7.4位的有效位数。模拟输入信号在$V{RT}$和$V{RB}$设定的电压范围内被数字化为8位，输出格式为直二进制。当输入电压低于$V{RB}$时，输出字全为零；当输入电压高于$V{RB}$时，输出字全为一。数据在时钟下降沿采集，数字等效数据在2.5个时钟周期加$t_{OD}$后在数字输出端可用。当PD引脚为低电平时，器件处于活动状态；当PD引脚为高电平时，器件进入掉电模式，输出引脚保持最后一次转换结果，功耗仅为1 mW。

七、应用信息

（一）参考输入

参考输入$V{RT}$和$V{RB}$分别是参考梯的高端和低端，输入信号在这两个电压之间将被数字化为8位。外部施加到参考输入引脚的电压应在规定的工作额定范围内，驱动参考引脚的器件应能够为$V{RT}$引脚提供足够的电流，并从$V{RB}$引脚吸收足够的电流。可以采用简单的参考偏置电路，但为了获得更好的性能，建议使用低阻抗源驱动参考引脚。

（二）模拟输入

ADC08060的模拟输入是一个开关后跟一个积分器，输入电容随时钟电平变化。由于模拟输入的采样特性，会产生电流尖峰，导致模拟输入引脚出现电压尖峰。因此，驱动模拟输入的电路必须能够驱动该输入并在时钟高电平时间内稳定下来。LMH6702是一种适合驱动ADC08060的放大器。在输入电路中，放大器应具有一定的增益，以提高性能。同时，放大器输出的RC电路可以过滤由于输入采样电路产生的时钟速率能量，但最佳时间常数需要根据具体情况进行选择。

（三）电源考虑

A/D转换器在工作时会产生较大的瞬态电流，如果电源旁路不足，会影响自身的电源质量。因此，应在A/D电源引脚附近放置10 μF钽或铝电解电容和0.1 μF陶瓷芯片电容。建议$V{A}$和DR $V{D}$使用单一电压源，但这两个电源引脚应彼此良好隔离，以防止数字噪声耦合到ADC的模拟部分。此外，转换器的电源不应与其他消耗大量数字功率的数字电路共用，而应与其他模拟电路使用相同的电源。

（四）数字输入引脚

ADC08060有两个数字输入引脚：PD引脚和时钟引脚。PD引脚为高电平时，器件进入低功耗模式，功耗降至1 mW，PD引脚置低约1微秒后，输出数据有效且准确。时钟引脚方面，虽然ADC08060在60 MHz时钟下进行测试并保证性能，但通常在20 MHz到70 MHz的时钟频率下也能正常工作。停止时钟可以节省大量功率，与PD引脚置高时的功耗相近。时钟恢复或PD引脚置低后，约1 μs输出数据有效，但由于总功耗与时钟频率呈线性关系，时钟重启或频率大幅变化后，器件需要约1 μs才能恢复到指定的精度。同时，时钟信号的低电平和高电平时间会影响A/D转换器的性能，ADC08060设计为在一定的占空比范围内保持性能。

（五）布局和接地

正确的接地和信号布线对于确保准确转换至关重要。应使用模拟和数字组合接地平面，将模拟电路与数字电路分开，以减少噪声干扰。DR GND与接地平面的连接不应使用与其他接地连接相同的过孔。高功率数字组件不应位于ADC与电源区域之间的直线上，以避免影响ADC的模拟“接地”返回。一般来说，模拟和数字线路应交叉90°，在高频系统中应避免交叉，时钟线路应与其他线路隔离。

（六）动态性能

为了满足公布的规格，驱动CLK输入的时钟源的抖动应小于10 ps（rms）。为了获得最佳的交流性能，应使用适当的缓冲器将ADC时钟与数字电路隔离，同时保持ADC时钟线尽可能短，并远离其他信号，以减少时钟信号的抖动和噪声。

（七）常见应用陷阱

在使用ADC08060时，需要注意避免一些常见的应用陷阱，如驱动输入超出电源轨、驱动高电容数字数据总线、使用不适当的放大器驱动模拟输入、驱动$V{RT}$或$V{RB}$引脚的器件无法提供或吸收足够的电流、使用抖动过大的时钟源或时钟信号走线过长等。这些问题可能会导致器件工作异常或性能下降，因此在设计过程中需要特别注意。

八、总结

ADC08060是一款性能出色、功能丰富的8位A/D转换器，具有低功耗、高性能、小封装等优点，适用于多种应用场景。在使用过程中，工程师需要深入了解其引脚功能、电气特性、应用信息等方面的知识，合理进行设计和布局，避免常见的应用陷阱，以充分发挥其性能优势，实现高质量的模拟 - 数字转换。希望本文对大家在使用ADC08060进行电子设计时有所帮助。你在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。