探索 LTC2257-12/LTC2256-12/LTC2258-12：高性能低功耗 12 位 ADC 的卓越之选

作为电子工程师，在设计中选择合适的模数转换器（ADC）至关重要。今天要给大家详细介绍的是 Linear Technology 推出的 LTC2257-12/LTC2256-12/LTC2258-12 这三款 12 位 ADC，它们在性能、功耗和功能上都有着出色的表现，适用于多种应用场景。

文件下载：LTC2256-12.pdf

1. 产品概述

LTC2258-12/LTC2257-12/LTC2256-12 是采样 12 位 A/D 转换器，专为数字化高频、宽动态范围信号而设计。它们在通信应用中表现完美，具有 71.1dB 的信噪比（SNR）和 88dB 的无杂散动态范围（SFDR）。超低的 0.17psRMS 抖动允许对中频频率进行欠采样，同时具备出色的噪声性能。

主要特性：

• 高 AC 性能：71.1dB SNR 和 88dB SFDR，确保信号转换的高精度。
• 低功耗：分别为 79mW/47mW/34mW，适合对功耗要求较高的应用。
• 单 1.8V 电源：简化了电源设计。
• 多种输出模式：CMOS、DDR CMOS 或 DDR LVDS 输出，适应不同的接口需求。
• 可选输入范围：从 1VP - P 到 2VP - P，增加了设计的灵活性。
• 丰富功能：包括 800MHz 全功率带宽 S/H、可选数据输出随机化器、可选时钟占空比稳定器、关机和休眠模式以及串行 SPI 端口配置等。
• 引脚兼容：有 14 位和 12 位版本，便于升级或替换。
• 封装：采用 40 引脚（6mm × 6mm）QFN 封装。

2. 关键参数详解

2.1 转换特性

型号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
LTC2258 - 12	分辨率	无丢码	12	12	12	位
	积分线性误差	差分模拟输入	- 1	±0.3	1	LSB
	差分线性误差	差分模拟输入	- 0.4	±0.1	0.4	LSB
	失调误差	-	- 9	±1.5	9	mV
	增益误差	内部参考	-	±1.5	-	%FS
		外部参考	- 1.5	±0.4	1.5	%FS
	失调漂移	-	±20	-	±20	µV/°C
	满量程漂移	内部参考	±30	-	±30	ppm/°C
		外部参考	±10	-	±10	ppm/°C
	过渡噪声	外部参考	0.32	0.32	0.32	LSBRMS
LTC2257 - 12	分辨率	无丢码	12	12	12	位
	……	……	……	……	……	……
LTC2256 - 12	分辨率	无丢码	12	12	12	位
	……	……	……	……	……	……

从这些参数可以看出，三款 ADC 在分辨率、线性误差等方面表现稳定，能够满足大多数高精度信号转换的需求。

2.2 动态精度

在不同输入频率下，三款 ADC 的 SNR、SFDR 等动态精度指标表现良好。例如，在 5MHz 输入时，LTC2258 - 12 的典型 SNR 为 71.1dB，SFDR 为 90dB。 动态精度指标直接影响着 ADC 对信号的准确转换和处理能力。SNR 反映了信号与噪声的比例关系，较高的 SNR 意味着信号更清晰，能够更准确地还原原始信号；SFDR 则体现了 ADC 抑制杂散信号的能力，高 SFDR 可以减少杂散信号对有用信号的干扰，提高信号的质量和可靠性。在实际应用中，我们需要根据具体的需求来选择合适的 ADC，以确保系统能够达到预期的性能。

2.3 电源要求

三款 ADC 在不同输出模式下的电源要求有所不同。在 CMOS 输出模式下，模拟电源电压 VDD 范围为 1.7V - 1.9V，输出电源电压 OVDD 范围为 1.1V - 1.9V；在 LVDS 输出模式下，VDD 同样为 1.7V - 1.9V，OVDD 为 1.7V - 1.9V。同时，给出了不同模式下的电源电流和功耗数据，方便工程师进行电源设计和功耗评估。

3. 引脚配置与功能

3.1 通用引脚

• (A{IN}^{+}) 和 (A{IN}^{-})：分别为正、负差分模拟输入。
• GND：ADC 电源地。
• REFH 和 REFL：ADC 高、低参考，需进行旁路电容配置。
• PAR/SER：编程模式选择引脚，可选择串行或并行编程模式。
• (VDD)：1.8V 模拟电源，需旁路接地。
• (ENC ^{+}) 和 (ENC^{-})：编码输入，转换分别在上升沿和下降沿开始。
• CS、SCK、SDI、SDO：在串行编程模式下构成串行接口，用于控制 A/D 操作模式；在并行编程模式下有不同的控制功能。
• OGND：输出驱动器地。
• OVDD：输出驱动器电源，需旁路接地。
• (V_{CM})：共模偏置输出，用于偏置模拟输入的共模电压。
• (V_{REF})：参考电压输出，标称 1.25V，需旁路接地。
• SENSE：参考编程引脚，可选择内部参考和输入范围。

3.2 不同输出模式下的引脚

• 全速率 CMOS 输出模式：D0 - D11 为数字输出，CLKOUT+ 和 CLKOUT - 为数据输出时钟，OF 为溢出/欠溢出数字输出。
• 双数据速率 CMOS 输出模式：D0_1 - D10_11 为双数据速率数字输出，其他引脚功能与全速率 CMOS 模式类似。
• 双数据速率 LVDS 输出模式：D0_1 - /D0_1 + 到 D10_11 - /D10_11 + 为双数据速率数字输出，OF - /OF + 为溢出/欠溢出数字输出，CLKOUT - /CLKOUT + 为数据输出时钟。

4. 应用信息

4.1 转换器操作

该系列 ADC 采用单 1.8V 电源供电，模拟输入应采用差分驱动，编码输入可差分或单端驱动以降低功耗。数字输出有多种模式可供选择，可通过串行 SPI 端口编程模式控制寄存器来选择额外的功能。

4.2 模拟输入

模拟输入是差分 CMOS 采样保持电路，输入应围绕 (V{CM}) 输出引脚设置的共模电压进行差分驱动。对于 2V 输入范围，输入应在 (V{CM}-0.5V) 到 (V_{CM}+0.5V) 之间摆动，且输入之间应有 180° 的相位差。

4.3 输入驱动电路

• 输入滤波：建议在模拟输入处设置 RC 低通滤波器，以隔离驱动电路与 A/D 采样保持开关，并限制驱动电路的宽带噪声。
• 变压器耦合电路：在较高输入频率下，采用传输线巴伦变压器可获得更好的平衡，降低 A/D 失真。
• 放大器电路：高速差分放大器可用于驱动模拟输入，输出通过交流耦合到 A/D，以优化放大器输出共模电压，减少失真。在非常高的频率下，RF 增益块可能比差分放大器具有更低的失真。

4.4 编码输入

编码输入的信号质量对 A/D 噪声性能有很大影响，应将其视为模拟信号，避免在电路板上与数字走线相邻。有差分编码模式和单端编码模式两种操作模式，差分编码模式适用于正弦、PECL 或 LVDS 编码输入，单端编码模式适用于 CMOS 编码输入。

4.5 时钟占空比稳定器

为保证良好的性能，编码信号的占空比应为 50%（±5%）。可选的时钟占空比稳定器电路可使编码占空比在 30% - 70% 范围内变化，并保持内部占空比为 50%。但在低于 5Msps 的情况下，不建议使用该稳定器。

4.6 数字输出

• 数字输出模式：有全速率 CMOS、双数据速率 CMOS 和双数据速率 LVDS 三种模式，可通过模式控制寄存器或 SCK 进行设置。
• 可编程 LVDS 输出电流：在 LVDS 模式下，默认输出驱动电流为 3.5mA，可通过串行编程模式控制寄存器 A3 进行调整。
• 可选 LVDS 驱动内部终端：可通过串行编程模式控制寄存器 A3 启用内部 100Ω 终端电阻，以吸收接收器处不完善终端引起的反射。
• 溢出位：溢出输出位（OF）在模拟输入超出或低于范围时输出逻辑高电平，与数据位具有相同的流水线延迟。
• 输出时钟相移：可通过串行编程模式控制寄存器 A2 对 CLKOUT + /CLKOUT - 信号进行相移，以满足数据锁存的建立和保持时间要求。
• 数字输出随机化：通过对数字输出进行随机化处理，可减少 ADC 数字输出的干扰。
• 交替位极性：启用交替位极性模式可减少电路板上的数字反馈，降低数字噪声。
• 数字输出测试模式：可通过串行编程模式控制寄存器 A4 启用多种测试模式，用于对 A/D 数字接口进行在线测试。
• 输出禁用：可通过串行编程模式控制寄存器 A3 禁用数字输出。
• 睡眠和休眠模式：可将 A/D 置于睡眠或休眠模式以节省功耗，睡眠模式下整个 A/D 转换器断电，休眠模式下 A/D 核心断电但内部参考电路保持活跃。

5. 编程模式

5.1 并行编程模式

将 PAR/SER 引脚连接到 (V_{DD}) 可使用并行编程模式，CS、SCK 和 SDI 引脚作为二进制逻辑输入，设置特定的操作模式。

5.2 串行编程模式

将 PAR/SER 引脚接地可使用串行编程模式，CS、SCK、SDI 和 SDO 引脚构成串行接口，用于编程 A/D 模式控制寄存器。数据通过 16 位串行字写入寄存器，也可从寄存器读回数据进行验证。

6. 接地与旁路

为保证 ADC 的性能，需要使用具有干净、完整接地平面的印刷电路板，推荐使用具有内部接地平面的多层板。在 (V{DD})、(OV{DD})、(V{CM})、(V{REF})、REFH 和 REFL 引脚处应使用高质量陶瓷旁路电容，并尽可能靠近引脚放置。

7. 热传递

ADC 产生的大部分热量通过底部暴露焊盘和封装引脚传递到印刷电路板上，为保证良好的电气和热性能，暴露焊盘必须焊接到电路板上的大接地焊盘上。

8. 典型应用与相关部件

文档中给出了 LTC2258 的典型应用原理图和电路板布局图，同时列出了一系列相关部件，如高速差分运算放大器、低噪声低失真放大器、其他 ADC 等，方便工程师进行系统设计和选型。

LTC2257-12/LTC2256-12/LTC2258-12 这三款 ADC 在性能、功能和功耗方面都有着出色的表现，适用于通信、蜂窝基站、软件定义无线电、便携式医疗成像、多通道数据采集和无损检测等多种应用场景。作为电子工程师，在设计中合理选择和使用这些 ADC，能够为系统带来更高的性能和可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些关于 ADC 的问题呢？欢迎在评论区交流分享。