10位高速ADC AD9609：性能与应用全解析

引言

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。AD9609作为一款高性能的10位ADC，以其卓越的性能和广泛的应用场景，成为众多工程师的首选。本文将深入剖析AD9609的特性、性能指标、工作原理以及应用设计要点，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

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产品概述

AD9609是一款单通道、1.8V供电的10位模数转换器，支持20 MSPS、40 MSPS、65 MSPS和80 MSPS的采样速率。它采用多级差分流水线架构，并配备输出误差校正逻辑，能够在80 MSPS的数据速率下实现10位的精度，且在整个工作温度范围内保证无漏码。

产品特性

1. 低功耗设计：在不同采样速率下，功耗表现出色。例如，在20 MSPS时功耗仅为45 mW，80 MSPS时为76 mW。
2. 宽输入带宽：差分输入带宽达到700 MHz，能够处理高频信号。
3. 高性能指标：在9.7 MHz输入时，SNR达到61.5 dBFS，SFDR为75 dBc；在200 MHz输入时，SNR为61.0 dBFS，SFDR为73 dBc。
4. 灵活的配置选项：支持多种数据输出格式（偏移二进制、格雷码、二进制补码），内置可编程时钟和数据对齐功能，以及数字测试模式生成。
5. 内置参考和采样保持电路：片上集成电压参考和采样保持电路，简化了设计，提高了系统的稳定性。

应用领域

AD9609广泛应用于通信、雷达、医疗成像等领域，具体包括：

• 通信：多样性无线电系统、多模式数字接收机、GSM、EDGE、W - CDMA、LTE、CDMA2000、WiMAX、TD - SCDMA等。
• 智能天线系统：提高天线系统的性能和灵活性。
• 电池供电设备：如手持示波器、便携式医疗成像设备等，低功耗特性使其非常适合此类应用。
• 雷达/LIDAR：处理高频信号，实现高精度的目标检测和测距。
• PET/SPECT成像：提供高质量的图像数据采集。

性能指标分析

DC指标

参数	温度	AD9609 - 20 / AD9609 - 40	AD9609 - 65	AD9609 - 80	单位
分辨率	全温度范围	10	10	10	位
无漏码偏移误差	全温度范围	- 0.45 ~ + 0.55	- 0.45 ~ + 0.55	- 0.45 ~ + 0.55	% FSR
增益误差	全温度范围	- 1.5	- 1.5	- 1.5	% FSR
差分非线性（DNL）	全温度范围/25°C	±0.05/±0.08（25°C），±0.15/±0.25（全温度）	±0.15（全温度），±0.25（25°C）	±0.07（25°C），±0.25（全温度）	LSB
温度漂移	25°C	±0.15	±0.15	±0.15	LSB
偏移误差温度系数	全温度范围	±2	±2	±2	ppm/°C
内部电压参考输出电压（1 V模式）	全温度范围	0.984 ~ 1.008	0.984 ~ 1.008	0.984 ~ 1.008	V
输入参考噪声（VREF = 1.0 V）	25°C	0.06	0.08	0.08	LSB rms
模拟输入范围（VREF = 1.0 V）	全温度范围	2	2	2	V p - p
输入电容	全温度范围	6	6	6	pF
输入共模电压	全温度范围	0.9	0.9	0.9	V
输入共模范围	全温度范围	0.5 ~ 1.3	0.5 ~ 1.3	0.5 ~ 1.3	V
参考输入电阻	全温度范围	7.5	7.5	7.5	kΩ
电源电压（AVDD）	全温度范围	1.7 ~ 1.9	1.7 ~ 1.9	1.7 ~ 1.9	V
电源电压（DRVDD）	全温度范围	1.7 ~ 3.6	1.7 ~ 3.6	1.7 ~ 3.6	V
电源电流（IAVDD）	全温度范围	24.9/29.7（20/40 MSPS），27.0/32.0（20/40 MSPS）	37.1	41.8	mA
电源电流（IDRVDD，1.8 V）	全温度范围	1.4/2.2（20/40 MSPS）	3.6	4.3	mA
电源电流（IDRVDD，3.3 V）	全温度范围	2.5/4.1（20/40 MSPS）	6.6	7.9	mA
功耗（DC输入）	全温度范围	45.2/54.7（20/40 MSPS）	67.7	76.3	mW
功耗（正弦波输入，DRVDD = 1.8 V）	全温度范围	46.3/57.4（20/40 MSPS），52.0/61.0（20/40 MSPS）	73.3	83.0	mW
功耗（正弦波输入，DRVDD = 3.3 V）	全温度范围	53.1/67.0（20/40 MSPS）	88.6	89.5	mW
待机功耗	全温度范围	34	34	34	mW
掉电功耗	全温度范围	0.5	0.5	0.5	mW

AC指标

参数	温度	AD9609 - 20/AD9609 - 40	AD9609 - 65	AD9609 - 80	单位
信噪比（SNR）					dBFS
fIN = 9.7 MHz（25°C）		61.2 ~ 61.7	61.5	61.5
fIN = 30.5 MHz（25°C/全温度）		61.7（25°C），61.0（全温度）	61.5	61.5
fIN = 70 MHz（25°C/全温度）		61.6（25°C）	61.5	61.5
fIN = 200 MHz（25°C）			61.0	61.0
信噪失真比（SINAD）					dBFS
fIN = 9.7 MHz（25°C）		61.5		61.4
fIN = 30.5 MHz（25°C/全温度）		60.7/60.9（全温度/25°C）		61.4
fIN = 200 MHz（25°C/全温度）			60.5（25°C），60（全温度）
有效位数（ENOB）					位
fIN = 9.7 MHz（25°C）		9.9	9.9	9.9
fIN = 30.5 MHz（25°C）		9.9	9.9	9.9
fIN = 70 MHz（25°C）		9.9	9.9	9.9
fIN = 200 MHz（25°C）			9.6	9.6
无杂散动态范围（SFDR）					dBc
fIN = 70 MHz（全温度/25°C）		67（全温度），78（25°C）	65.5（全温度），75（25°C）	75
fIN = 200 MHz（25°C）			73	73
最差二次或三次谐波					dBc
fIN = 9.7 MHz（25°C）		- 82	- 80	- 80
fIN = 30.5 MHz（25°C/全温度）		- 80（25°C）， - 72（全温度）	- 80	- 80
fIN = 70 MHz（25°C/全温度）		- 80（25°C）， - 73（全温度）	- 80	- 80
fIN = 200 MHz（25°C）			- 80	- 80
双音SFDR（fIN1 = 30.5 MHz（ - 7 dBFS），fIN2 = 32.5 MHz（ - 7 dBFS），25°C）			78
模拟输入带宽（25°C）		700	700	700	MHz

数字指标

参数	温度	AD9609 - 20 / AD9609 - 40 / AD9609 - 65 / AD9609 - 80	单位
差分时钟输入（CLK +, CLK - ）
逻辑兼容性		CMOS/LVDS/LVPECL
差分输入电压	全温度范围	0.2 ~ 3.6 V p - p
输入电压范围	全温度范围	GND - 0.3 ~ AVDD + 0.2 V
高电平输入电流	全温度范围	- 10 ~ + 10 μA
输入电容	全温度范围	4 pF
逻辑输入（SCLK/DFS, MODE, SDIO/PDWN）
高电平输入电压	全温度范围	1.2 ~ DRVDD + 0.3 V
低电平输入电压	全温度范围	0.8 V
高电平输入电流	全温度范围	- 75 μA
低电平输入电流	全温度范围	+ 10 μA
输入电阻	全温度范围	30 kΩ
输入电容	全温度范围	2 pF
逻辑输入（CSB）
高电平输入电压	全温度范围	0 ~ DRVDD + 0.3 V
低电平输入电压	全温度范围	0.8 V
高电平输入电流	全温度范围	- 50 μA
低电平输入电流	全温度范围	+ 10 μA
输入电阻	全温度范围	26 kΩ
输入电容	全温度范围	2 pF
数字输出（DRVDD = 3.3 V）
高电平输出电压（IOH = 50 μA）	全温度范围	3.29 V
高电平输出电压（IOH = 0.5 mA）	全温度范围	3.25 V
低电平输出电压（IOL = 1.6 mA）	全温度范围	0.2 V
低电平输出电压（IOL = 50 μA）	全温度范围	0.05 V
数字输出（DRVDD = 1.8 V）
高电平输出电压（IOH = 50 μA）	全温度范围	1.79 V
高电平输出电压（IOH = 0.5 mA）	全温度范围	1.75 V
低电平输出电压（IOL = 1.6 mA）	全温度范围	0.2 V
低电平输出电压（IOL = 50 μA）	全温度范围	0.05 V

开关指标

参数	温度	AD9609 - 20/AD9609 - 40	AD9609 - 65	AD9609 - 80	单位
时钟输入参数
输入时钟速率	全温度范围	625	625	625	MHz
转换速率	全温度范围	20/40	65	80	MSPS
CLK周期（1分频模式）	全温度范围	50/25	15.38	12.5	ns
CLK脉冲宽度高		25.0/12.5	7.69	6.25	ns
孔径延迟	全温度范围	1.0	1.0	1.0	ns
数据输出参数
孔径不确定度（抖动）	全温度范围	0.1	0.1	0.1	ps rms
数据传播延迟	全温度范围	3	3	3	ns
DCO传播延迟	全温度范围	3	3	3	ns
DCO到数据偏斜	全温度范围	0.1	0.1	0.1	ns
流水线延迟（延迟）	全温度范围	8	8	8	周期
唤醒时间	全温度范围	350	350	350	μs
待机时间		600/400	300	260	ns
超出范围恢复时间	全温度范围	2	2	2	周期

工作原理

AD9609采用多级流水线架构，每一级提供足够的重叠来校正前一级的闪存误差。量化后的输出在数字校正逻辑中组合成最终的10位结果。流水线架构允许第一级处理新的输入样本，而其余级处理先前的样本。采样发生在时钟的上升沿。

每一级（除最后一级）由一个低分辨率闪存ADC、一个开关电容DAC和一个级间残差放大器组成。残差放大器放大重建的DAC输出与闪存输入之间的差异，为下一级提供输入。最后一级仅由一个