該ADS54J20是一款低功耗、寬帶寬、12位、1.0GSPS、雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。該器件專為高信噪比（SNR）而設(shè)計，可提供–157 dBFS/Hz的本底噪聲，適用于在寬瞬時帶寬下實現(xiàn)最高動態(tài)范圍的應(yīng)用。該器件支持數(shù)據(jù)速率高達10 Gbps的JESD204B串行接口，每個ADC支持兩個或四個通道。緩沖模擬輸入在寬頻率范圍內(nèi)提供均勻的輸入阻抗，并最大限度地減少采樣保持毛刺能量?？蛇x地，每個ADC通道都可以連接到寬帶數(shù)字下變頻器（DDC）模塊。該ADS54J20在大輸入頻率范圍內(nèi)以極低的功耗提供出色的無雜散動態(tài)范圍（SFDR）。

JESD204B接口減少了接口線的數(shù)量，從而實現(xiàn)了高系統(tǒng)集成密度。內(nèi)部鎖相環(huán)（PLL）將ADC采樣時鐘相乘，以得出用于序列化每個通道的12位數(shù)據(jù)的位時鐘。
*附件：ads54j20.pdf

特性

• 12位分辨率、雙通道、1GSPS ADC
• 本底噪聲：–157 dBFS/Hz
• 光譜性能 （f 在 = 170 MHz，–1 dBFS）：
  • 信噪比：67.8 dBFS
  • NSD：–155 dBFS/Hz
  • SFDR：86 dBc（包括交錯音調(diào)）
  • SFDR：89 dBc（HD2、HD3 和交錯音除外）
• 光譜性能 （f 在 = 350 MHz，–1 dBFS）：
  • 信噪比：65.6 dBFS
  • NSD：–152.6 dBFS/Hz
  • SFDR：75 dBc
  • SFDR：85 dBc（HD2、HD3 和交錯音調(diào)除外）
• 信道隔離：100 dBc（f 在 = 170兆赫
• 輸入滿量程：1.9 V聚丙烯
• 輸入帶寬 （3 dB）：1.2 GHz
• 片上抖動
• 集成寬帶 DDC 模塊
• JESD204B 支持子類 1 的接口：
  • 每個ADC2通道，10.0 Gbps
  • 每個 ADC 4 通道，頻率為 5.0 Gbps
  • 支持多芯片同步
• 功耗：1.35 GSPS 時為 1 W/Ch
• 封裝：72引腳VQFNP（10 mm×10 mm）

參數(shù)

方框圖

ADS54J20 是德州儀器推出的低功耗、寬帶寬雙通道 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），采樣速率高達 1.0 GSPS，集成數(shù)字下變頻器（DDC）與 JESD204B 串行接口（子類 1），采用 72 引腳 VQFNP 封裝（10 mm×10 mm），兼具高動態(tài)范圍、低噪聲與多芯片同步特性，適配雷達與天線陣列、寬帶無線通信、電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（CMTS）、通信測試設(shè)備、軟件無線電（SDR）、數(shù)字化儀及醫(yī)療影像診斷等高端高速數(shù)據(jù)采集場景。

一、核心特性與關(guān)鍵參數(shù)

1. 基礎(chǔ)性能

• 分辨率與采樣：12 位分辨率，雙通道同步采樣，采樣速率范圍 250 MSPS 至 1.0 GSPS，輸入滿量程電壓 1.9 Vpp，輸入帶寬（3 dB）達 1.2 GHz，支持寬頻信號采集。
• 精度與動態(tài)性能：噪聲基底 - 157 dBFS/Hz，170 MHz 輸入時 SNR 達 67.8 dBFS、SFDR 86 dBc（含交織雜波）/89 dBc（不含二次 / 三次諧波及交織雜波）；350 MHz 輸入時 SNR 65.6 dBFS、SFDR 75 dBc/85 dBc；通道隔離度 100 dBc（170 MHz 時），非線性失真低（THD 在 170 MHz 時 81 dBc）。
• 時序特性：孔徑延遲 0.75 ns-1.6 ns，通道間孔徑延遲匹配 ±70 ps，孔徑抖動 120 fs rms；數(shù)據(jù)延遲 134 個輸入時鐘周期，快速過范圍（FOVR）響應(yīng) latency 18 個時鐘周期 + 4 ns，時序精度優(yōu)異。

2. 核心功能

• 集成 DDC 模塊：支持 2 倍 / 4 倍抽取濾波，提供低通、高通、帶通及 IQ 輸出多種濾波模式，可靈活優(yōu)化不同頻率范圍的信噪比與動態(tài)范圍。
• JESD204B 接口：支持 2 路（10 Gbps / 路）或 4 路（5 Gbps / 路）串行 lanes，支持多芯片同步；內(nèi)置 8b/10b 編碼、數(shù)據(jù)加擾與初始通道對齊功能，減少接口布線復(fù)雜度，提升系統(tǒng)集成密度。
• 靈活控制特性：支持 SPI 接口配置（最高 2 MHz），提供過范圍指示（可配置閾值）、可編程數(shù)字增益、多模式掉電等功能；內(nèi)置抖動功能，優(yōu)化頻譜性能。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：1.0 GSPS 時每通道功耗 1.35 W，總功耗約 2.66 W-3.1 W（隨 lanes 配置變化）；全局掉電模式功耗低至 139 mW-315 mW，功耗可控性強。
• 工作條件：模擬電源 AVDD（1.9 V）、AVDD3V（3.0 V），數(shù)字電源 DVDD（1.9 V）、IOVDD（1.15 V）；工作溫度 - 40°C 至 + 85°C，結(jié)溫最高 125°C；ESD 防護 ±1000 V（人體模型）、±500 V（器件充電模型），抗干擾能力強。
• 封裝與熱性能：72 引腳 VQFNP 封裝，結(jié)到環(huán)境熱阻 22.3 °C/W，結(jié)到板熱阻 2.4 °C/W，散熱性能優(yōu)異，適配高密度 PCB 設(shè)計。

二、產(chǎn)品核心功能解析

1. 模擬輸入與信號調(diào)理

• 輸入配置：差分輸入設(shè)計，內(nèi)部通過 600 Ω 電阻將輸入共模電壓偏置至 2.1 V（VCM 引腳），支持交流耦合輸入；輸入阻抗在 170 MHz 時約 0.6 kΩ，輸入電容 4.7 pF，需搭配低噪聲驅(qū)動電路以保障性能。
• 抗干擾設(shè)計：內(nèi)置模擬緩沖器，隔離采樣電路與外部驅(qū)動源，減少采樣毛刺對前端電路的影響；共模抑制比（CMRR）與電源抑制比（PSRR）優(yōu)異，降低噪聲與干擾耦合。

2. DDC 與數(shù)字信號處理

• 抽取濾波：2 倍抽取濾波（41 抽頭，阻帶衰減 90 dB）、4 倍抽取帶通濾波（中心頻率可編程）及 4 倍抽取 IQ 輸出濾波（固定 fS/4 混頻，阻帶衰減 90 dB），可根據(jù)應(yīng)用場景靈活選擇。
• 數(shù)據(jù)格式：支持二進制補碼與偏移二進制輸出格式，12 位數(shù)據(jù)經(jīng) 4 位 LSB 填充后以 16 位形式傳輸，適配 JESD204B 幀結(jié)構(gòu)。

3. JESD204B 接口與同步

• 接口配置：支持 LMFS（Lane/Converter/Frame/Sample）多種組合，如 8224（8 lanes/2 轉(zhuǎn)換器 / 2 octets/4 samples）、4211（4 lanes/2 轉(zhuǎn)換器 / 1 octet/1 sample）等，適配不同數(shù)據(jù)速率需求。
• 多芯片同步：通過 SYSREF 信號實現(xiàn)多器件時序?qū)R，支持子類 1 確定性延遲，滿足雷達、天線陣列等多通道同步采集場景。

三、應(yīng)用場景

適用于對采樣速率、帶寬、動態(tài)范圍要求嚴苛的高端高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括雷達信號處理、寬帶無線通信接收、電纜 DOCSIS 3.1 接收機、高頻信號測試設(shè)備、軟件無線電（SDR）前端、高精度數(shù)字化儀及醫(yī)療影像（如 CT、MRI）數(shù)據(jù)采集等場景。

四、設(shè)計與使用建議

1. 電源與時鐘

• 電源設(shè)計：嚴格遵循供電時序（IOVDD 先于 DVDD 上電），各電源引腳就近配置 0.1 μF 陶瓷去耦電容，電源平面需分離模擬地與數(shù)字地，單點連接以降低噪聲耦合。
• 時鐘配置：輸入時鐘支持正弦波、LVPECL、LVDS 格式（差分幅度 0.7 Vpp-1.6 Vpp），占空比 45%-55%；推薦使用低抖動時鐘源（如 OCXO），并添加帶通濾波電路，減少時鐘噪聲對采樣精度的影響。

2. 輸入與布局

• 輸入驅(qū)動：采用差分驅(qū)動電路（如高速運放 OPA847），輸入信號通過交流耦合電容連接 ADC，串聯(lián) 5 Ω-10 Ω 電阻抑制封裝寄生引起的振鈴；避免輸入信號超過絕對最大額定值（AGND-0.3 V 至 AVDD+0.3 V）。
• 布局規(guī)范：模擬輸入跡線遠離數(shù)字輸出跡線，避免平行布線；采樣時鐘跡線與模擬輸入跡線垂直布置，減少耦合；JESD204B 接口跡線長度匹配，降低 skew；熱焊盤需接地以優(yōu)化散熱。

3. 接口與同步

• JESD204B 配置：根據(jù)數(shù)據(jù)速率選擇 lanes 數(shù)量（2 路 / 4 路），配置 LMFS 參數(shù)與幀結(jié)構(gòu)，確保與后端 FPGA/ASIC 的接口匹配；啟用數(shù)據(jù)加擾功能提升傳輸可靠性。
• 多芯片同步：SYSREF 信號需為本地多幀時鐘（LMFC）的子諧波（1 MHz-5 MHz），通過 SYNC 引腳實現(xiàn)初始通道對齊，保障多 ADC 模塊時序同步。

五、封裝與訂購信息

• 封裝規(guī)格：72 引腳 VQFNP（RMP 封裝），尺寸 10.0 mm×10.0 mm，引腳間距 0.5 mm，熱焊盤需焊接至 PCB 以保障熱性能與機械穩(wěn)定性。
• 訂購型號：批量供應(yīng)型號如 ADS54J20IRMP（168 個 / 托盤）、ADS54J20IRMPT（250 個 / 小卷帶），符合 RoHS 標準，引腳鍍層為 NIPDAU，MSL 等級 3（168 小時），峰值回流溫度 260°C。

六、關(guān)鍵設(shè)計要點

• 噪聲優(yōu)化：前端電路選用低噪聲器件，電源采用線性穩(wěn)壓器（LDO）或低噪聲 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，減少電源噪聲；輸入鏈路匹配阻抗，避免信號反射。
• 掉電管理：閑置通道可通過 SPI 配置單獨掉電，全局掉電模式適用于低功耗待機場景，喚醒時間 150 μs，需預(yù)留足夠啟動時間。
• 寄存器配置：通過 SPI 接口配置 DDC 濾波模式、JESD204B 參數(shù)、過范圍閾值等，配置后需脈沖復(fù)位使設(shè)置生效；建議遵循官方上電初始化序列，確保器件穩(wěn)定工作。