LTC1747：高性能12位80Msps ADC的深度解析

在电子设计领域，模数转换器（ADC）作为模拟信号与数字信号之间的桥梁，其性能直接影响着整个系统的表现。今天要介绍的LTC1747，就是一款性能卓越的12位80Msps ADC，它在高频、宽动态范围信号数字化处理方面有着出色的表现。

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产品概述

LTC1747是一款80Msps的12位采样A/D转换器，专为数字化高频、宽动态范围信号而设计。它具有多种出色的特性，使其在通信、基站、频谱分析等领域得到广泛应用。

关键特性

1. 高采样率与出色的动态性能：采样率高达80Msps，在不同输入范围下都有优秀的信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）。例如，在3.2V范围下，SNR可达72dB，SFDR可达85dB；在2V范围下，SNR为70.5dB，SFDR为87dB。
2. 引脚兼容性：与14位80Msps的LTC1748引脚兼容，方便工程师在不同精度需求之间进行切换。
3. 无丢失码：保证了转换的准确性和可靠性。
4. 单5V供电：简化了电源设计，降低了系统复杂度。
5. 可选输入范围：支持±1V或±1.6V的输入范围，可通过引脚选择，还能通过电阻编程模式优化输入范围，以适应不同应用需求。
6. 高带宽采样保持电路：具有240MHz的全功率带宽采样保持（S/H）电路，能够处理高频信号。
7. 丰富的产品线：同系列还有不同采样率和精度的产品可供选择，如25Msps的LTC1746（14位）、LTC1745（12位）等。
8. 48引脚TSSOP封装：便于PCB布局，简化了电路板设计。

电气特性分析

模拟输入特性

• 输入范围：在4.75V ≤ VDD ≤ 5.25V条件下，模拟输入范围为±1V至±1.6V。
• 输入漏电流：模拟输入漏电流在 -1μA至1μA之间。
• 输入电容：采样模式下（ENC < ENC）输入电容为8pF，保持模式下（ENC > ENC）为4pF。
• 采样保持时间：采样保持采集时间为5 - 6ns，采集延迟时间为0ns，采集延迟时间抖动仅为0.15psRMS。
• 共模抑制比：在1.5V < (AIN– = AIN+) < 3V条件下，模拟输入共模抑制比（CMRR）为80dB。

动态精度特性

不同输入频率和范围下，LTC1747的SNR、SFDR、S/(N + D)、THD和IMD等指标表现出色。例如，在5MHz输入信号、2V范围下，SNR为70.5dB，SFDR为87dB；在30MHz输入信号、3.2V范围下，SNR为72dB，SFDR为85dB。

内部参考特性

内部参考电压VCM输出电压典型值为2.35V，温度系数为±30ppm/°C，线路调整率为3mV/V，输出电阻为4Ω。

数字输入输出特性

数字输入输出特性满足多种逻辑系统的需求。高电平输入电压VIH在VDD = 5.25V时为2.4V，低电平输入电压VIL在VDD = 4.75V时为0.8V。输出高电平电压VOH和低电平电压VOL在不同负载电流下有相应的规定值。

电源要求

正电源电压VDD范围为4.75V至5.25V，正电源电流典型值为280mA，功耗典型值为1.4W。数字输出电源电压OVDD范围为0.5V至VDD。

时序特性

ENC周期为12.5 - 2000ns，ENC高电平时间为6 - 1000ns，ENC低电平时间为6 - 1000ns等。数据延迟为5个周期。

工作原理与应用信息

转换器操作

LTC1747是一款CMOS流水线多级转换器，具有四个流水线ADC阶段。模拟输入为差分输入，可提高共模噪声免疫力和输入范围，同时减少采样保持电路的偶次谐波。转换过程分为两个阶段，由差分ENC/ENC输入引脚的状态决定。

采样保持操作与输入驱动

• 采样保持操作：在采样阶段，ENC/ENC为低时，传输门将模拟输入连接到采样电容，电容充电并跟踪输入电压；当ENC/ENC变为高时，采样电压被保持在电容上，然后传递给ADC核心处理。
• 共模偏置：ADC采样保持电路需要差分驱动，每个输入应在2.35V的共模电压周围摆动±0.8V（3.2V范围）或±0.5V（2V范围）。VCM输出引脚可提供共模偏置电平。
• 输入驱动阻抗：输入驱动电路会影响LTC1747的动态性能，特别是二次和三次谐波。源阻抗和输入电抗会影响SFDR，建议每个输入的源阻抗为100Ω或更小，S/H电路针对50Ω源阻抗进行了优化。

参考操作

内部2.35V带隙参考用于设置外部输入电路的共模电压，并与差分放大器一起生成内部ADC电路所需的差分参考电平。SENSE引脚可选择输入范围，还可通过外部电阻编程设置其他电压范围。

驱动编码输入

ENC/ENC输入应差分驱动，以提高抗共模噪声能力。编码信号的噪声会导致额外的孔径抖动，在对抖动要求较高的应用中，应采用差分驱动、增大信号幅度、滤波编码信号和平衡输入电容和电阻等措施。

数字输出

• 数字输出缓冲器：每个输出缓冲器由OVDD和OGND供电，与ADC电源和地隔离，输出表现为50Ω，可减少外部阻尼电阻的使用。
• 输出加载：数字输出应驱动最小电容负载，建议使用ALVCH16373等CMOS锁存器进行缓冲，全速运行时电容负载应保持在10pF以下。
• 输出格式：可选择偏移二进制或2的补码格式，通过MSBINV引脚进行选择。
• 溢出位：溢出输出位OF指示转换器是否超出范围。
• 输出时钟：CLKOUT引脚可用于将转换器数据与数字系统同步。
• 输出驱动电源：输出驱动电源OVDD应与被驱动的逻辑电源相同，可在0.5V至5V范围内供电。
• 输出使能：OE引脚可禁用输出，低电平禁用所有数据输出，Hi-Z状态适用于长时间不活动期间。

接地与旁路

LTC1747需要一个干净、完整的接地平面的印刷电路板，建议使用带有内部接地平面的多层板。布局时应尽量分离数字和模拟信号线，避免数字轨道与模拟信号轨道并行或在ADC下方运行。在VDD、VCM、REFHA、REFHB、REFLA和REFLB引脚使用高质量陶瓷旁路电容，并尽可能靠近引脚放置。

热传递

LTC1747产生的大部分热量通过封装引脚传递到印刷电路板上，关键接地引脚应连接到足够面积的接地平面，以降低热阻。评估电路布局通过在接地引脚附近使用多个过孔，实现了较低的热阻。

相关产品

线性技术公司还提供了一系列相关产品，如LTC1405、LTC1406、LTC1411等，这些产品在不同的采样率和精度上各有特点，可满足不同应用场景的需求。

在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，综合考虑LTC1747的各项特性和参数，合理设计电路，以充分发挥其性能优势。同时，要注意接地、旁路、热传递等方面的问题，确保系统的稳定性和可靠性。你在使用LTC1747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。