MAX19517：高性能双通道10位130Msps ADC的深度解析

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。今天，我们来深入探讨一款高性能的双通道10位130Msps ADC——MAX19517，它在通信、医疗、仪器仪表等众多领域都有着广泛的应用前景。

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一、产品概述

MAX19517是一款双通道的模数转换器，具备10位分辨率和高达130Msps的最大采样率。它的模拟输入能够接受0.4V至1.4V的宽输入共模电压范围，这使得它可以采用直流耦合输入，适用于各种射频（RF）、中频（IF）和基带前端组件。该器件在从基带至超过400MHz的高输入频率范围内都能提供出色的动态性能，非常适合零中频（ZIF）和高中频（IF）采样应用。

二、关键特性

低功耗运行

在130Msps的采样率下，每个通道的模拟功耗仅为74mW。此外，它在掉电模式下仅消耗1mW，在待机模式下消耗21mW，这种低功耗特性使得它在对功耗要求较高的应用中具有很大的优势。

宽电源范围

它可以工作在1.8V的电源下，同时集成的自感应电压调节器允许其在2.5V至3.3V的电源（AVDD）下工作。数字输出驱动器则可以在1.8V至3.5V的独立电源电压（OVDD）下运行。

出色的动态性能

在(f{IN}=70 MHz)和(f{CLK}=130 MHz)的条件下，典型的信噪比（SNR）性能为59.8dBFS，典型的无杂散动态范围（SFDR）为82dBc。

可编程特性

通过3线串行端口接口访问的可编程寄存器，用户可以进行各种调整和功能选择。此外，串行端口接口可以禁用，此时三个引脚可用于选择输出模式、数据格式和时钟分频模式。

灵活的数据输出

数据输出通过双并行CMOS兼容输出数据总线提供，也可以配置为单复用并行CMOS总线。

小封装与宽温度范围

采用7mm x 7mm的48引脚薄QFN封装，并且在-40°C至+85°C的扩展温度范围内都能正常工作。

三、电气特性

直流精度

分辨率为10位，积分非线性（INL）在(f{IN}=3MHz)时为-0.8至+0.8 LSB，差分非线性（DNL）在(f{IN}=3MHz)时为-0.7至+0.7 LSB，偏移误差（OE）在内部参考时为-0.4至+0.4 %FS，增益误差（GE）在外部参考为1.25V时为-1.5至+1.5 %FS。

模拟输入

差分输入电压范围为1.5 VP - P，共模输入电压范围为0.4V至1.4V，输入电阻为4 kΩ，输入电流为74 µA，输入电容为0.7至1.2 pF。

转换速率

最大时钟频率为130 MHz，最小时钟频率为65 MHz，数据延迟为9个时钟周期。

动态性能

小信号噪声底（SSNF）在(f{IN}=70MHz)时小于-35dBFS，信噪比（SNR）在(f{IN}=70MHz)时为58.6至59.8 dBFS，无杂散动态范围（SFDR）在(f_{IN}=70MHz)时为70.1至82 dBc等。

通道间特性

串扰在(f{INA})或(f{INB}=70MHz)时为95至85 dBc，增益匹配在(f{IN}=70MHz)时为±0.05 dB，偏移匹配在(f{IN}=70MHz)时为±0.15 %FSR，相位匹配在(f_{IN}=70MHz)时为±0.5°。

模拟输出

CMA和CMB输出电压在默认可编程设置下为0.85至0.95V。

内部参考

REFIO输出电压为1.23至1.27V，REFIO温度系数小于±60 ppm/°C。

外部参考

REFIO输入电压范围为1.25 ± 5/-10% V，REFIO输入电阻为10 ± 20% kΩ。

时钟输入

差分时钟输入电压为0.4至2.0 V P - P，差分输入共模电压在自偏置时为1.2V，在直流耦合时钟信号时为1.0至1.4V，输入电阻在差分默认时为10 kΩ，在内部终端选择时为100 Ω，共模时为9 kΩ，输入电容为3 pF。

数字输入输出

数字输入的允许逻辑摆幅为0至VAVDD，输入高阈值为1.5V，输入低阈值为0.3V，输入泄漏电流在不同电压下有所不同。数字输出的输出电压低为0.2V，输出电压高为VOVDD - 0.2V，三态泄漏电流为-0.5至+0.5 µA。

电源管理

从关机状态唤醒时间为5 ms，从待机状态唤醒时间为15 µs。

串行端口接口时序

SCLK周期为50 ns，SCLK到CS的建立时间和保持时间均为10 ns，SDIN到SCLK的建立时间为10 ns，SDIN到SCLK的保持时间为0 ns，SCLK到SDIN的输出数据延迟为10 ns。

时序特性

在双总线并行模式和复用总线并行模式下，时钟脉冲宽度高和低均为3.85 ns，时钟占空比为30至70 %，数据延迟、数据到DCLK的建立时间和保持时间等在不同条件下有相应的数值。

四、引脚描述

MAX19517的引脚功能丰富，包括模拟电源电压（AVDD）、通道A和B的模拟输入（INA+、INA-、INB+、INB-）、参考输入/输出（REFIO）、时钟输入（CLK+、CLK-）、数字输出（D0A - D9A、D0B - D9B）等。每个引脚都有其特定的功能和作用，在设计电路时需要根据实际需求进行合理连接。

五、详细工作原理

架构

采用10级全差分流水线架构，这种架构允许高速转换的同时最小化功耗。采样数据在输入处每半个时钟周期逐步通过流水线阶段，从输入到输出的总延迟为9个时钟周期。每个流水线转换器阶段将其输入电压转换为数字输出代码，除最后一级外，输入电压与数字输出代码之间的误差会被放大并传递到下一个流水线阶段。数字误差校正用于补偿每个流水线阶段的ADC比较器偏移，确保没有丢失代码。

模拟输入和共模参考

模拟输入信号应用于模拟输入引脚（INA+/INA - 或INB+/INB -），通过输入采样开关连接到采样电容。当输入采样开关闭合时，输入信号通过输入开关电阻施加到采样电容上，在输入开关打开的瞬间进行采样。流水线ADC处理采样电压，数字输出结果在9个时钟周期后可用。在输入开关闭合开始下一个采样周期之前，采样电容会被重置到输入共模电位。共模偏置可以通过外部或内部2kΩ电阻提供。

参考输入/输出（REFIO）

REFIO用于调整参考电位，进而调整ADC的满量程范围。内部带隙电压发生器提供内部参考电压，该电压通过10kΩ电阻缓冲并施加到REFIO。通过在REFIO上施加外部电压，可以微调ADC的满量程，允许的调整范围为+5/-15%。

编程和接口

并行接口

将SPEN连接到AVDD可启用并行接口，提供有限的功能集，通过引脚编程实现特定功能，如选择输出格式、时钟分频模式等。

串行编程接口

通过CS、SDIN和SCLK输入对MAX19517的控制寄存器进行编程。串行数据在CS为低电平时，在SCLK的上升沿移入SDIN。通信周期支持两字节传输，第一个字节是控制字节，包含地址和读写指令，第二个字节是数据字节。

时钟输入

支持全差分时钟或单端逻辑电平时钟。对于差分时钟操作，将差分时钟连接到CLK+和CLK - 输入；对于单端操作，将CLK - 连接到GND，通过CLK+输入逻辑电平信号。

时钟分频

提供时钟分频选项，可以通过串行接口设置DIV0和DIV1，或者在并行编程配置中使用DIV输入来启用时钟分频。

同步

使用时钟分频时，可以通过滑同步和边缘同步两种机制来同步内部时钟。通过Clock Divide/Data Format/Test Pattern寄存器（06h）中的SYNC_MODE选择同步模式，并驱动SYNC输入为高电平进行同步。

数字输出

具有双CMOS、可复用、可逆的数据总线。在并行编程模式下，可以使用FORMAT输入配置数据输出为偏移二进制、二进制补码或格雷码，使用OUTSEL输入选择复用或双总线操作。SPI接口提供更多灵活性，可反转D0_ - D9_的顺序。

可编程数据时序

提供可编程数据时序控制，允许优化时序特性以满足系统时序要求。通过调整DA_BYPASS、DLY_HALF_T、DTIME<2:0>和DCLKTIME<2:0>等控制信号，可以优化数据输出延迟和DCLK延迟。

电源管理

SHDN输入（引脚7）用于切换不同的电源管理状态，Power Management寄存器（00h）定义了每个电源管理状态。默认状态下，(SHDN = 1)关闭MAX19517，(SHDN = 0)恢复全功率。除了关机和待机模式外，还可以通过HPS_SHDN1和HPS_SHDN0激活A + B加法器模式。

六、应用信息

模拟输入

变压器耦合差分模拟输入

MAX19517在全差分输入信号下具有更好的SFDR和THD性能。使用RF变压器可以将单端信号转换为全差分信号，通过连接变压器的中心抽头提供共模电压。不同的变压器配置适用于不同频率范围的信号。

单端交流耦合输入信号

采用MAX4108提供高速、高带宽、低噪声和低失真，以保持输入信号的完整性。通过内部2kΩ电阻向输入施加偏置电压。

直流耦合输入

由于其宽共模电压范围（0.4V至1.4V），允许直流耦合信号，但需要确保共模电压保持在该范围内。

时钟输入

可以使用单端到差分时钟输入转换电路，如文中所示的电路。

接地、旁路和电路板布局考虑

MAX19517需要高速电路板布局设计技术。所有旁路电容应尽可能靠近器件，最好与ADC在同一侧，使用表面贴装器件以最小化电感。使用多层板和接地、电源平面可以提高信号完整性。高速数字信号走线应远离敏感的模拟走线，隔离每个转换器的模拟输入线以最小化通道间串扰，保持所有信号线短且避免90°转弯。

七、总结

MAX19517作为一款高性能的双通道10位130Msps ADC，具有低功耗、宽电源范围、出色的动态性能、可编程特性等众多优点。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理选择输入输出方式、时钟配置、电源管理模式等，同时注意电路板布局和接地旁路等问题，以充分发挥其性能优势。希望本文能为电子工程师在设计中使用MAX19517提供有价值的参考。你在使用MAX19517的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。