AD9260：高速过采样CMOS ADC的卓越之选

在电子设计领域，模数转换器（ADC）的性能直接影响着整个系统的精度和稳定性。今天，我们就来深入探讨一款高性能的16位高速过采样CMOS ADC——AD9260。

文件下载：AD9260.pdf

产品概述

AD9260是一款单芯片16位过采样模数转换器，采用先进的CMOS工艺制造。它具有8倍过采样模式，在20 MSPS的时钟频率下，能实现2.5 MHz的输出字速率，信号通带可达1.01 MHz，纹波仅为0.004 dB。其出色的动态范围表现，如信噪比（SNR）可达88.5 dB，总谐波失真（THD）低至 -96 dB，无杂散动态范围（SFDR）高达100 dB，输入参考噪声仅为0.6 LSB，使其在众多应用场景中脱颖而出。

关键特性

可选择的过采样比率

AD9260提供1×、2×、4×、8×四种过采样比率选择，用户可以根据实际需求灵活调整，以平衡采样速率和数据精度。不同的过采样比率会影响输出字速率和信号处理能力，例如在8倍过采样模式下，能有效提高信噪比和动态范围。

可调节的功耗

该ADC的功耗可在150 mW至585 mW之间调节。通过调整外部电阻连接到BIAS引脚，可以根据时钟频率和性能需求来优化功耗。当以较低的时钟频率运行时，功耗可大幅降低，例如在5 MHz时钟速率下，功耗可降低至约150 mW，这对于对功耗敏感的应用非常重要。

单电源供电

AD9260的模拟和数字部分均可由单一的 +5 V电源供电，简化了系统电源设计。同时，数字逻辑也支持 +3 V电源，以进一步降低功耗。这种灵活的电源配置使得AD9260在不同的电源环境下都能稳定工作。

高性能的抽取滤波器

片上抽取滤波器具有0.004 dB的通带纹波和85 dB的阻带衰减，提供了出色的滤波性能。滤波器可配置为1×、2×、4×、8×抽取，有效抑制杂散信号，提高信号质量。其线性相位响应和良好的通带平坦度，确保了信号的准确处理。

工作原理

AD9260采用了一种创新的模数转换架构，将sigma-delta技术与高速流水线A/D转换器相结合。差分模拟输入首先进入二阶多位sigma-delta调制器，该调制器具有5位闪存量化器和5位反馈，同时还有一个12位流水线A/D对输入进行更精确的量化。通过特殊的数字调制环路，将12位流水线A/D的输出与5位闪存的延迟输出相结合，产生等效于具有12位量化器和12位反馈的二阶环路响应。

调制器的输出进入数字抽取滤波器，MODE引脚的电压电平决定了数字滤波器的配置，用户可以选择不抽取（时钟速率）、2×、4×或8×抽取模式。抽取滤波器采用对称FIR滤波器结构，提供线性相位响应和良好的通带平坦度，有效抑制1.25 MHz至18.75 MHz之间的杂散输入信号，减轻了模拟输入路径抗混叠滤波器的要求。

模拟输入与参考

输入跨度

AD9260采用差分输入结构，输入信号的共模电平可以在较宽范围内独立于转换器的输入跨度进行变化。输入到A/D核心的信号是VINA和VINB输入引脚电压的差值，其范围由参考电压VREF决定，最大输入电压为 +0.8 × VREF，最小输入电压为 -0.8 × VREF。

输入合规范围

除了输入信号差分跨度的限制外，AD9260的模拟输入结构还对VINA和VINB的输入范围进行了限制，要求AVSS + 0.5 V < VINA < AVDD - 0.5 V且AVSS + 0.5 V < VINB < AVDD + 0.5 V。

参考操作

AD9260内置了带隙参考和内部参考缓冲放大器，提供了多种参考电压配置选项。用户可以选择生成1 V或2.5 V的输出，也可以通过添加外部电阻来生成1 V至2.5 V之间的其他参考电压。此外，还可以使用外部参考以满足更高的精度和漂移性能要求。需要注意的是，只有使用2.5 V参考时，才能实现AD9260的最佳噪声和失真性能。

数字输入与输出

数字输出格式

AD9260的输出数据采用二进制补码格式。不同的输入范围和抽取模式对应不同的输出数据格式，在2×和4×抽取模式下，由于数字缩放因子的不同，满量程读数与8×抽取模式有所差异。在1×抽取模式下，输出数据同样为二进制补码格式，但数字会按7/128的因子进行缩放。

控制引脚功能

• CS和READ引脚：用于控制输出数据引脚的状态。当CS为低电平且READ为高电平时，ADC数据会驱动到输出数据引脚；否则，输出数据引脚处于高阻抗状态。
• DAV引脚：指示AD9260的输出数据何时有效。数字输出数据在DAV的上升沿更新，数据保持时间取决于DAV和数字数据输出引脚的外部负载以及具体的抽取模式。
• RESET引脚：异步数字输入，低电平有效。当RESET为低电平时，数字抽取滤波器的时钟被禁用，DAV引脚变为低电平，数字输出数据引脚的数据无效。同时，模拟调制器和抽取滤波器中的内部时钟分频器会被重置。在2×、4×或8×模式下，RESET必须保持低电平至少一个时钟周期，以确保所有时钟分频器和模拟调制器被重置。
• OTR引脚：同步输出，每个CLK周期更新一次，指示AD9260内部是否发生过范围条件。当输入信号超过转换器的满量程范围时，OTR引脚会变高，此时数据可能会严重损坏。

性能考量

电源功耗

AD9260的功耗取决于其具体的应用配置和工作条件。模拟功耗主要取决于电源偏置设置和采样率，对输入波形和数字滤波器模式设置不敏感；数字功耗主要取决于数字电源设置、采样率，在一定程度上也受模式设置和输入波形的影响。通过合理选择电源电压和时钟频率，可以优化功耗。

时钟输入

AD9260的内部时序使用时钟输入的两个边沿来生成各种内部时序信号。时钟输入必须满足最小指定的高电平和低电平脉冲宽度要求，以确保达到额定性能规格。时钟输入的质量对ADC的动态范围有重要影响，低抖动的时钟源可以提高SNR性能。

接地与去耦

在高速、高分辨率系统中，正确的接地和去耦至关重要。建议使用多层印刷电路板（PCB），以提供最佳的接地和电源方案。模拟和数字接地应分开，AVSS、DVSS和DRVSS引脚应在AD9260下方直接连接。同时，需要对模拟和数字电源进行适当的去耦，以减少噪声干扰。

评估板介绍

AD9260评估板为用户提供了一种简单灵活的方式来测试和验证AD9260的性能。评估板具有以下特点：

• 跳线控制模式/过采样率选择：用户可以通过跳线轻松选择1×、2×、4×或8×模式。
• 可选择的电源偏置：根据时钟频率，用户可以通过连接不同阻值的外部电阻到BIAS引脚来调整电源功耗。
• 数据接口控制：RESETB、CSB、READ和DAV等数据接口控制信号可通过SMA连接器访问，方便用户进行控制和监测。
• 缓冲输出数据：二进制补码输出数据通过两个CMOS非反相总线收发器进行缓冲，并在引脚连接器P1上提供。
• 跳线控制参考源：用户可以通过跳线选择1.0 V、2.5 V或外部参考源。
• 灵活的时钟输入：支持直流或交流耦合的外部时钟输入，用户可以根据需要进行选择。
• 灵活的输入信号配置：评估板的输入信号配置电路允许用户输入单信号或双信号，并可设置输入信号的共模电平。

应用建议

在使用AD9260时，需要注意以下几点：

• 避免输入信号过载：使用略低于满量程的信号幅度，以防止噪声或直流偏置电压导致ADC过范围。
• 双音测试：双音测试时，每个测试信号应设置为略小于 -6 dB，以防止信号峰值出现硬限幅。
• 信号滤波：在进行SNR、THD和IMD测试时，必须对测试信号发生器进行带通滤波，以确保测试结果的准确性。
• 时钟信号：使用低噪声（抖动）的时钟信号发生器，以保证ADC的动态性能。
• PCB布局：设计良好、干净的PCB布局对于确保AD9260的正常运行和干净的频谱响应至关重要。应注意正确的接地、旁路、短引线长度、模拟和数字信号的分离以及接地平面的使用。

AD9260以其卓越的性能、灵活的配置和丰富的功能，为电子工程师在高速数据采集和处理应用中提供了一个强大的解决方案。通过深入了解其特性和工作原理，并遵循相关的设计建议，工程师们可以充分发挥AD9260的优势，实现高性能的系统设计。你在使用AD9260或类似ADC时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。