最近在研究高性能A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，德州儀器（TI）的ADC10080引起了我的注意。這是一款10位、80 MSPS的A/D轉(zhuǎn)換器，具備單+3.0V供電、低功耗等特點(diǎn)，在超聲成像、儀器儀表、通信基站等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。今天就和大家分享一下我對(duì)這款轉(zhuǎn)換器的深入研究。

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關(guān)鍵特性與規(guī)格參數(shù)

特性亮點(diǎn)

• 單電源供電：ADC10080采用單+3.0V電源供電，簡化了電源設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。
• 可選滿量程輸入范圍：支持2.0 $V{P - P}$、1.5 $V{P - P}$、1.0 $V_{P - P}$的滿量程輸入范圍，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求靈活選擇。
• 寬帶寬與低功耗：具有400 MHz的-3 dB輸入帶寬，在80 MSPS的轉(zhuǎn)換速率下，功耗僅為78.6 mW，還支持待機(jī)模式，待機(jī)功耗低至15 mW。
• 內(nèi)置參考與采樣保持放大器：片上集成參考和采樣保持放大器，提供完整的轉(zhuǎn)換解決方案，減少了外部元件的使用。
• 靈活的數(shù)據(jù)格式：支持偏移二進(jìn)制或二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)格式，滿足不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理需求。
• 獨(dú)立可調(diào)輸出驅(qū)動(dòng)電源：輸出驅(qū)動(dòng)電源可獨(dú)立調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)的靈活性。

關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

工作原理與架構(gòu)

ADC10080采用差分、流水線架構(gòu)，結(jié)合數(shù)字誤差校正和片上采樣保持電路，實(shí)現(xiàn)了高效的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。差分架構(gòu)可以有效抑制共模噪聲，提高轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力；流水線架構(gòu)則允許在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行多個(gè)轉(zhuǎn)換步驟，從而實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換。數(shù)字誤差校正技術(shù)可以補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器中的非線性誤差，提高轉(zhuǎn)換精度。

獨(dú)特的采樣保持階段使得該轉(zhuǎn)換器具有400 MHz的全功率帶寬，能夠處理高頻輸入信號(hào)。在單+3.0V電源供電下，ADC10080在80 MSPS的轉(zhuǎn)換速率下仍能保持較低的功耗，這得益于其優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)和低功耗工藝。

引腳功能與連接

引腳描述

ADC10080采用28引腳TSSOP封裝，引腳分為模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出、模擬電源和數(shù)字電源等幾類。以下是一些關(guān)鍵引腳的功能介紹：

• 模擬輸入引腳（$V{IN}^+$、$V{IN}^-$）：差分模擬輸入信號(hào)，在1.2V參考電壓下，滿量程輸入信號(hào)為1.0 $V{P - P}$的差分信號(hào)。單端操作時(shí)，$V{IN}^-$可連接到$V_{COM}$引腳。
• 參考輸入引腳（$V_{REF}$）：參考輸入，標(biāo)稱值為1.20V，可通過0.1 μF的單片電容旁路到$V_{SSA}$。也可使用外部1.20V參考源驅(qū)動(dòng)，但需注意不要加載該引腳。
• 時(shí)鐘輸入引腳（CLK）：控制采樣過程的時(shí)鐘信號(hào)，頻率范圍為20 MHz至80 MHz，上升沿和下降沿時(shí)間應(yīng)小于2 ns。
• 數(shù)據(jù)格式選擇引腳（DF）：高電平時(shí)，輸出為二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)格式；低電平時(shí)，輸出為偏移二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式。
• 待機(jī)引腳（STBY）：高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入待機(jī)模式，功耗降至15 mW；低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器正常工作。
• 輸入范圍選擇引腳（IRS）：用于選擇滿量程輸入范圍，不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的輸入信號(hào)幅度。

連接注意事項(xiàng)

• 電源引腳：模擬電源引腳（$V{DDA}$）和數(shù)字電源引腳（$V{DDIO}$）應(yīng)連接到穩(wěn)定的3.0V和2.5V電源，并通過0.1 μF的單片電容旁路到地。為了進(jìn)一步濾波，還應(yīng)并聯(lián)一個(gè)4.7 μF的電容。
• 時(shí)鐘信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)保持穩(wěn)定、低抖動(dòng)，走線應(yīng)盡量短，避免與其他信號(hào)交叉。
• 輸入信號(hào)：為了減少輸入噪聲，建議在信號(hào)輸入引腳使用18Ω的串聯(lián)電阻和25 pF的電容組成低通濾波器。

電氣特性分析

靜態(tài)特性

• 積分非線性（INL）：在$f_{IN}=500 kHz$、0 dB滿量程條件下，INL的典型值為-1.4至+0.5 LSB。
• 微分非線性（DNL）：DNL的典型值為-0.9至+0.25 LSB，確保了轉(zhuǎn)換器的線性度。
• 增益誤差（GE）：正誤差和負(fù)誤差的范圍分別為-1.6%至+2.0% FS和-1.6%至-0.07% FS。
• 偏移誤差（OE）：偏移誤差的典型值為0.11% FS，最大為1.7% FS。

動(dòng)態(tài)特性

• 有效位數(shù)（ENOB）：在$f{IN}=10.0 MHz$時(shí)，ENOB的典型值為9.3位；在$f{IN}=39 MHz$時(shí)，典型值為9.1位。
• 信噪比（SNR）：在$f{IN}=10.0 MHz$時(shí)，SNR的典型值為59.5 dB；在$f{IN}=39 MHz$時(shí)，典型值為58.0 dB。
• 無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：在$f{IN}=10.0 MHz$時(shí)，SFDR的典型值為-78.7 dB；在$f{IN}=39 MHz$時(shí)，典型值為-72 dB。

交流特性

• 時(shí)鐘頻率：最大時(shí)鐘頻率為80 MHz，最小時(shí)鐘頻率為20 MHz。
• 轉(zhuǎn)換延遲：轉(zhuǎn)換延遲為6個(gè)時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)輸出延遲在上升時(shí)鐘沿后為2至6 ns。
• 孔徑延遲和抖動(dòng)：孔徑延遲為1 ns，孔徑抖動(dòng)為2 ps（RMS）。

典型應(yīng)用與電路設(shè)計(jì)

應(yīng)用領(lǐng)域

ADC10080適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括超聲成像、儀器儀表、蜂窩基站、通信接收器、聲納/雷達(dá)、xDSL、無線本地環(huán)路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和DSP前端等。

應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

• 差分輸入應(yīng)用：在差分輸入應(yīng)用中，$V{IN}^+$和$V{IN}^-$引腳分別連接差分輸入信號(hào)。通過合理選擇IRS引腳的狀態(tài)，可以調(diào)整滿量程輸入范圍。
• 單端輸入應(yīng)用：單端輸入時(shí)，將$V{IN}^-$引腳連接到$V{COM}$引腳，輸入信號(hào)連接到$V_{IN}^+$引腳。

電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

• 電源濾波：為了減少電源噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換器性能的影響，應(yīng)在電源引腳附近使用適當(dāng)?shù)臑V波電容。
• 信號(hào)布線：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)應(yīng)分開布線，避免相互干擾。時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的走線應(yīng)盡量短，以減少延遲和抖動(dòng)。
• 負(fù)載電容：輸出引腳的負(fù)載電容應(yīng)控制在10 pF/pin以內(nèi)，以避免影響數(shù)據(jù)輸出延遲和動(dòng)態(tài)性能。

總結(jié)與展望

ADC10080是一款性能出色的10位A/D轉(zhuǎn)換器，具有高速轉(zhuǎn)換、低功耗、寬帶寬等優(yōu)點(diǎn)。其豐富的特性和靈活的配置使其適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇引腳配置和外部元件，注意電源濾波、信號(hào)布線和負(fù)載電容等問題，以充分發(fā)揮該轉(zhuǎn)換器的性能。

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的性能要求也越來越高。未來，我們可以期待ADC10080在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，同時(shí)也希望德州儀器能夠不斷推出性能更優(yōu)、功能更強(qiáng)的A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。

大家在使用ADC10080的過程中遇到過哪些問題呢？或者對(duì)這款轉(zhuǎn)換器還有哪些疑問，歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。