Texas Instruments ADC3564低噪聲超低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 是一款低功耗設(shè)計(jì)的14位125 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該器件具有-156dBFS/Hz噪聲頻譜密度以及出色的線性動(dòng)態(tài)范圍。ADC3564提供IF采樣支持，因此適合用于各種應(yīng)用。僅一個(gè)時(shí)鐘周期的短延遲對高速控制環(huán)路有益。該ADC在125MSP時(shí)僅消耗137mW，并且隨采樣速率降低，功耗變化非常好。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments ADC3564低噪聲超低功耗ADC數(shù)據(jù)手冊.pdf

Texas Instruments ADC3564使用串行LVDS (SLVDS) 接口輸出數(shù)據(jù)。該特性可最大限度地減少數(shù)字互連數(shù)量。該器件支持半通道、單通道和雙通道選項(xiàng)。該器件是引腳對引腳兼容系列，具有不同速度等級。它采用40引腳VQFN封裝，支持–40°C至+105°C擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍。

特性

• 14位125MSPS ADC
• 噪聲基底：–156dBFS/Hz
• 超低功耗：137mW（在125Msps時(shí)）
• ≤ 2個(gè)時(shí)鐘周期延遲
• 14位分辨率，無失碼
• INL：±1.5LSB；DNL：±0.5LSB
• 基準(zhǔn)：外部或內(nèi)部
• 1200MHz (3dB) 輸入帶寬
• -40°C至+105°C工業(yè)溫度范圍
• 片上數(shù)字濾波器（可選）
  • 抽取2、4、8、16、32
  • 32位NCO
• 串行LVDS數(shù)字接口（2線、1線和1/2線）
• 小占位面積：40-WQFN (5mm × 5mm) 封裝
• 頻譜性能 (fIN = 10MHz)
  • SNR：77.5dBFS
  • SFDR：80dBc HD2、HD3
  • SFDR：95dBFS最差雜散
• 頻譜性能 (fIN = 70MHz)
  • SNR：75dBFS
  • SFDR：75dBc HD2、HD3
  • SFDR：90dBFS最差雜散

簡化框圖

ADC3564低噪聲超低功耗14位125MSPS高速ADC技術(shù)解析

一、產(chǎn)品概述

ADC3564是德州儀器(TI)推出的一款14位125MSPS低噪聲、超低功耗高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用5mm×5mm WQFN-40封裝。該器件具有-156dBFS/Hz的噪聲譜密度和僅137mW@125MSPS的功耗，專為需要高動(dòng)態(tài)范圍和高能效的應(yīng)用設(shè)計(jì)，如工業(yè)監(jiān)測、熱成像、軟件定義無線電和雷達(dá)系統(tǒng)等。

?核心特性?：

• ?超低噪聲?：-156dBFS/Hz噪聲譜密度(fIN=5MHz)
• ?卓越動(dòng)態(tài)性能?：77.5dBFS SNR、80dBc HD2/HD3@10MHz
• ?超低功耗?：137mW@125MSPS，支持功耗分級調(diào)節(jié)
• ?極低延遲?：≤2時(shí)鐘周期(1-wire SLVDS接口)
• ?寬輸入帶寬?：1.4GHz(-3dB)，支持IF采樣
• ?靈活數(shù)字處理?：集成可編程數(shù)字下變頻器(DDC)，支持2/4/8/16/32倍實(shí)數(shù)/復(fù)數(shù)抽取
• ?工業(yè)級溫度范圍?：-40°C至+105°C

二、架構(gòu)與關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)

1. 模擬信號鏈架構(gòu)

ADC3564采用創(chuàng)新的流水線架構(gòu)與電容陣列DAC組合設(shè)計(jì)：

• ?前端采樣網(wǎng)絡(luò)?：8kΩ差分輸入阻抗，5.4pF輸入電容
• ?寬帶采樣保持?：支持1.4GHz全功率帶寬
• ?參考電路?：可選內(nèi)部1.6V參考(±3%精度)或外部1.2V/1.6V參考

2. 數(shù)字下變頻器(DDC)

?關(guān)鍵功能單元?：

• ?32位NCO?：調(diào)諧范圍±FS/2，頻率分辨率0.03Hz@125MSPS
• ?復(fù)數(shù)混頻器?：支持6dB數(shù)字增益補(bǔ)償
• ?抽取濾波器?：80%通帶帶寬，>85dB阻帶抑制
• ?雙通道處理?：支持獨(dú)立頻段分離(DDC MUX功能)

?工作模式?：

• ?復(fù)數(shù)模式?：輸出I/Q數(shù)據(jù)，適用于頻移應(yīng)用
• ?實(shí)數(shù)模式?：作為低通濾波器，功耗降低30%

三、關(guān)鍵性能參數(shù)

1. 動(dòng)態(tài)性能(125MSPS, -1dBFS輸入)

2. 接口時(shí)序特性

• ?延遲特性?：
  • 1-wire模式：1時(shí)鐘周期
  • 2-wire模式：2時(shí)鐘周期
• ?SLVDS接口速率?：
  • 14位2-wire：875Mbps/通道
  • 16位1-wire：1Gbps

四、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

1. 寬帶頻譜分析前端

?設(shè)計(jì)要點(diǎn)?：

1. ?輸入驅(qū)動(dòng)?：THS4541 FDA提供3.6Vpp差分驅(qū)動(dòng)
2. ?抗混疊濾波?：
   • 7階橢圓濾波器(30MHz截止)
   • 配合8倍抽取實(shí)現(xiàn)240MHz有效帶寬
3. ?時(shí)鐘設(shè)計(jì)?：
   • LMK04828提供<100fs抖動(dòng)時(shí)鐘
   • 差分布線長度匹配±50μm

?PCB布局關(guān)鍵?：

• 采樣網(wǎng)絡(luò)對稱布局
• VREF去耦電容緊貼引腳(10μF+0.1μF組合)
• SLVDS差分對等長(±5ps偏差)

2. 多通道采集系統(tǒng)同步

?同步方案?：

1. ?時(shí)鐘分配?：
   • 使用LMK04828扇出緩沖
   • 添加ADCLK854時(shí)鐘緩沖器
2. ?數(shù)據(jù)對齊?：
   • 通過SYNC引腳復(fù)位NCO相位
   • FPGA基于FCLK進(jìn)行通道間校準(zhǔn)

五、電源與布局指南

1. 電源設(shè)計(jì)方案

?推薦架構(gòu)?：

• ?一級轉(zhuǎn)換?：TPS62821(3.3V@93%效率)
• ?二級穩(wěn)壓?：TPS7A4701 LDO(1.8V, 4μVRMS噪聲)
• ?去耦方案?：
  • 每電源引腳10μF+0.1μF MLCC
  • 鐵氧體磁珠隔離模擬/數(shù)字供電

2. 熱設(shè)計(jì)考慮

• ?PCB散熱?：
  • 2oz銅厚
  • 散熱過孔陣列(φ0.3mm, 1mm間距)
• ?結(jié)溫控制?：
  • θJA=30.7°C/W
  • 最大功耗時(shí)ΔT≈4.2°C

六、配置與編程

1. 工作模式設(shè)置

通過SPI接口(20MHz時(shí)鐘)配置：

1. ?基準(zhǔn)模式?：寄存器0x0E[2:1]
   • 00：內(nèi)部基準(zhǔn)
   • 01：外部1.2V(REFBUF引腳)
   • 10：外部1.6V直接輸入
2. ?接口模式?：寄存器0x07[2:0]
   • 011：2-wire LVDS
   • 100：1-wire LVDS
3. ?抽取設(shè)置?：寄存器0x25[6:4]

2. 輸出位映射

支持14/16/18/20位可編程輸出格式，通過0x39-0x88寄存器實(shí)現(xiàn)：

• ?數(shù)據(jù)重組?：可交換I/Q順序
• ?位寬擴(kuò)展?：零填充LSB實(shí)現(xiàn)高位對齊