德州仪器ADS825：高性能10位ADC的深度解析

 

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。德州仪器（TI）的ADS822和ADS825作为两款高性能的10位、40MHz采样ADC，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。今天，我们就来深入探讨这两款ADC的特点、性能参数以及应用设计要点。

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产品特性与概述

突出特性

ADS822和ADS825具有一系列令人瞩目的特性。它们拥有高信噪比（SNR），达到60dB，高无杂散动态范围（SFDR）为72dBFS，能够有效减少信号中的噪声和杂散信号，保证信号转换的准确性。同时，它们的功耗较低，正常工作时为190mW，还具备掉电模式，功耗可降至20mW，这对于需要长时间运行或对功耗敏感的应用来说非常重要。此外，它们支持内部/外部参考选项，可选择单端或全差分模拟输入，输入范围可编程，微分非线性（DNL）低至0.5LSB，并且能够在单+5V电源下稳定工作。

产品描述

这两款ADC采用流水线式CMOS架构，由九个内部级组成。每个级将数据输入到数字误差校正逻辑中，确保在10位水平上具有出色的差分线性度，且不会出现丢失码的情况。输出数据在时钟上升沿变为有效，由于流水线架构，数据延迟为5个时钟周期。其模拟输入为差分跟踪保持结构，结合紧密匹配的电容器，在高速采样时能实现高水平的交流性能。

性能参数详解

绝对最大额定值

在使用ADS822和ADS825时，需要注意其绝对最大额定值。例如，电源电压（+VS）最大为+6V，模拟输入范围为0.3V至(+Vs + 0.3V)，逻辑输入范围同样为0.3V至(+Vs + 0.3V)，结温最高为+150°C等。超过这些额定值可能会对器件造成永久性损坏，长时间处于绝对最大条件下还可能影响器件的可靠性。

电气特性

在全指定温度范围（TA = -40°C至+85°C）、VS = +5V、单端输入范围为1.5V至3.5V、采样率为40MHz且使用外部参考的条件下，ADS822和ADS825展现出了优秀的电气性能。

• 分辨率：均为10位，能够满足大多数中等精度的应用需求。
• 动态特性：在不同频率下，它们的差分线性误差、积分非线性误差、无杂散动态范围、双音互调失真、信噪比等指标都表现出色。例如，在f = 1MHz时，SFDR可达72dBFS，SNR为60dB，这些指标保证了在通信、视频等领域的应用中能够准确地转换信号。
• 功耗：正常工作时功耗为190mW，掉电模式下功耗仅为20mW，有效降低了系统的整体功耗。

引脚配置与时序

引脚描述

ADS822和ADS825采用SSOP - 28封装，每个引脚都有其特定的功能。例如，GND为接地引脚，Bit1 - Bit10为数据位输出引脚，OE为输出使能引脚，PD为掉电控制引脚，CLK为转换时钟输入引脚等。通过合理配置这些引脚，可以实现不同的功能和工作模式。

时序图

从时序图中可以看出，转换时钟周期（CONV）的最小值为25ns，时钟脉冲低电平时间和高电平时间典型值均为12.5ns，孔径延迟典型值为3ns。这些时序参数对于确保ADC的正常工作和准确数据采集至关重要。

应用设计要点

理论操作

ADS822和ADS825的模拟输入可以采用单端或差分驱动方式。在单端模式下，输入跟踪保持电路会将模拟输入信号进行单端到差分的转换。通常情况下，单端模式的实现更为简单，并且这两款ADC的额定规格也是在单端模式下进行表征的。

模拟输入驱动

在驱动模拟输入时，需要根据具体的应用需求和系统结构选择最佳的接口配置。例如，通信应用通常处理不包含直流的频段，而成像应用则需要正确保持恢复后的直流电平。ADS822和ADS825提供了输入范围选择（RSEL引脚）和外部参考选项，为不同应用提供了灵活性。

输入配置

• AC - 耦合、单电源接口：当所有组件由单+5V电源供电时，可采用这种配置。通过合理设置RSEL引脚和参考电压，结合电阻和电容的使用，可以实现良好的交流性能。例如，使用两个1.62kΩ电阻创建约+2.5V的共模电压来偏置驱动放大器的输入，同时在运算放大器输出和ADC输入之间添加小串联电阻可以减少噪声。
• AC - 耦合、双电源接口：如果选择的放大器采用双电源工作，这种配置可以充分利用低失真运算放大器的优势。通过电容耦合单端信号到ADC输入，并使用两个电阻连接上下参考电压来满足共模要求。
• DC - 耦合与电平转换：对于需要信号路径包含直流的应用，需要进行直流耦合和电平转换。可以使用双运算放大器来驱动输入并进行电平转换，通过调整电阻值来校正输入之间的直流电压差。
• 单端到差分配置（变压器耦合）：当需要将单端信号源转换为差分信号输入到ADS822和ADS825时，RF变压器是一个不错的选择。选择具有中心抽头的变压器，并通过交流接地中心抽头来产生差分信号摆动。这种配置可以在较宽的输入频率范围内实现良好的SFDR性能。

参考操作

ADS822和ADS825的内部参考电路由带隙电压参考、上下参考驱动和电阻参考梯组成。通过设置RSEL引脚和INT/EXT引脚，可以选择不同的输入范围和参考模式。在使用外部参考时，需要确保外部参考电压在规定的范围内。同时，为了保证参考配置的正常工作，需要在所有参考引脚处提供良好的旁路电容，以减少时钟馈通。

数字输入和输出

• 时钟输入要求：时钟抖动对高速、高分辨率ADC的SNR性能至关重要。ADS822和ADS825在CLK输入的上升沿采样输入信号，因此该边沿的抖动应尽可能小。在欠采样应用中，更要特别注意时钟抖动。时钟输入应被视为模拟输入，以实现最高性能。ADS825的时钟输入可以由3V或5V逻辑电平驱动，使用低电压逻辑（3V）可能会改善转换器的交流性能。
• 数字输出：输出数据格式为正直偏移二进制代码，可通过反转最高有效位（MSB）轻松转换为二进制补码。为了减少对ADC性能的影响，应尽量降低数据线上的电容负载。如果需要，可以使用外部缓冲器或锁存器来隔离数字噪声。
• 数字输出驱动器（VDRV）：ADS822具有专门的输出逻辑驱动器电源引脚VDRV，可设置为+5V或+3V以产生相应的逻辑电平。建议使用+3V逻辑电源，以降低输出级的功耗和电源线上的电流毛刺。

接地和去耦

在高频设计中，正确的接地和去耦非常重要。ADS822和ADS825应被视为模拟组件，尽可能使用模拟电源供电。所有接地连接在内部连接在一起，应直接连接到覆盖转换器周围PCB区域的模拟接地平面。同时，要将模拟信号走线与数字线路分开，以防止噪声耦合到模拟信号路径。在所有电源和参考引脚处应提供足够的旁路电容，以减少高频电流瞬变和时钟馈通。

封装与订购信息

ADS822和ADS825提供了多种封装和订购选项，如SSOP - 28封装。不同的订购编号对应不同的包装数量和运输方式，用户可以根据自己的需求进行选择。同时，还需要注意产品的状态、材料类型、RoHS合规性、引脚镀层/球材料、MSL评级/峰值回流温度以及工作温度范围等信息。

综上所述，德州仪器的ADS822和ADS825是两款性能卓越、功能丰富的10位ADC，适用于医疗成像、测试设备、计算机扫描仪、通信和视频数字化等众多领域。在设计应用时，我们需要充分了解它们的特性和参数，合理选择输入配置、参考模式和数字接口，同时注意接地和去耦等细节，以确保系统能够发挥出最佳性能。希望本文能为电子工程师们在使用这两款ADC时提供一些有价值的参考。你在使用类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。