在電子設(shè)計領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的ADS2807，一款雙路、12位、50MHz采樣的高性能ADC，了解它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

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一、ADS2807關(guān)鍵特性

1. 高性能指標

ADS2807具有高信噪比（SNR），在2Vp - p輸入時可達66dB，3Vp - p輸入時可達68dB。低功耗設(shè)計，僅720mW，同時支持內(nèi)部或外部參考，低微分線性誤差（DLE）僅0.6LSB。其靈活的輸入范圍為2Vp - p至3Vp - p，采用TQFP - 64功率封裝。

2. 應(yīng)用廣泛

適用于通信中頻處理、通信基站、測試設(shè)備、醫(yī)學(xué)成像、視頻數(shù)字化、CCD數(shù)字化等多個領(lǐng)域，展現(xiàn)了其強大的通用性和適應(yīng)性。

二、工作原理與結(jié)構(gòu)

1. 架構(gòu)設(shè)計

ADS2807集成了兩個高速CMOS ADC和一個內(nèi)部參考。ADC采用11級流水線架構(gòu)，每一級將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字誤差校正邏輯中，確保在12位級別上具有出色的差分線性度和無漏碼特性。輸出數(shù)據(jù)在時鐘上升沿后有效，流水線架構(gòu)導(dǎo)致數(shù)據(jù)延遲為6個時鐘周期。

2. 模擬輸入

模擬輸入由差分跟蹤保持電路組成，差分拓撲結(jié)構(gòu)和緊密匹配的多晶硅電容在高采樣率和一些欠采樣應(yīng)用中實現(xiàn)了高水平的交流性能。兩個輸入（IN、IN）需要使用通常在電源電壓中點（+VS / 2）的共模電壓進行外部偏置。

三、模擬輸入驅(qū)動設(shè)計

1. 驅(qū)動方式選擇

ADS2807的模擬輸入阻抗非常高，應(yīng)通過設(shè)計用于通過感興趣的最高頻率的R - C網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動，以防止輸入中的高頻噪聲影響無雜散動態(tài)范圍（SFDR）和信噪比（SNR）。它可以單端或差分驅(qū)動，差分操作具有信號擺幅小、接口電路余量多、偶次諧波最小化以及提高共模輸入抗噪性等優(yōu)點；單端模式則適用于一些對電路復(fù)雜度要求較低的時域應(yīng)用，但會導(dǎo)致失真性能下降。

2. 不同接口電路

• 變壓器耦合：對于需要將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號以驅(qū)動ADS2807的應(yīng)用，RF變壓器是一個不錯的選擇。它可以利用升壓變壓器進行信號放大，同時減少噪聲引入，提高失真性能。
• 交流耦合雙電源運放：在一些對動態(tài)范圍和互調(diào)失真要求較高的應(yīng)用中，可采用交流耦合的方式，選擇合適的驅(qū)動放大器，如OPA642或OPA643，將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號并耦合到轉(zhuǎn)換器的差分輸入。
• 交流耦合單電源運放：當系統(tǒng)僅允許單電源操作時，可對上述接口電路進行修改。使用如OPA2681這樣的雙運放，利用ADS2807的CM輸出偏置驅(qū)動放大器的輸入，同時添加小串聯(lián)電阻和下拉電阻，以提高性能。
• 單端交流耦合雙電源接口：適用于對接口復(fù)雜度要求較低且對動態(tài)性能要求不高的應(yīng)用，通過單個電阻為交流耦合提供偏置，同時可通過串聯(lián)電阻和并聯(lián)電容調(diào)整帶寬和優(yōu)化性能。
• 直流耦合差分驅(qū)動：對于需要信號路徑包含直流的應(yīng)用，可采用基于運算放大器的接口電路進行縮放和電平轉(zhuǎn)換，確保輸入信號與ADC的選定輸入范圍兼容。

四、參考操作與配置

1. 內(nèi)部參考

內(nèi)部參考由帶隙電壓參考、頂部和底部參考驅(qū)動器以及電阻參考梯組成。通過將SEL引腳連接到低電平或高電平，可以將ADS2807的模擬輸入擺幅設(shè)置為2Vp - p或3Vp - p的差分滿量程范圍。

2. 外部參考

為了獲得更多的設(shè)計靈活性，可以禁用內(nèi)部參考并使用外部參考電壓。外部參考適用于對精度、溫度性能或轉(zhuǎn)換器滿量程范圍調(diào)整范圍要求較高的應(yīng)用。在多通道應(yīng)用中，使用公共外部參考可以提高轉(zhuǎn)換器之間滿量程范圍的匹配和漂移性能。

五、數(shù)字輸入輸出設(shè)計要點

1. 時鐘輸入

ADS2807的兩個通道由同一個時鐘的上升沿控制，時鐘抖動對高速、高分辨率ADC的SNR性能至關(guān)重要。在欠采樣應(yīng)用中，應(yīng)特別注意時鐘抖動，將時鐘輸入視為模擬輸入處理，確保時鐘信號具有低抖動、50%占空比和快速的上升和下降時間。

2. 過范圍指示

當模擬輸入電壓超過設(shè)定的滿量程范圍時，ADS2807的“OVR”引腳可用于監(jiān)測這種超出范圍的情況。OVR輸出與對應(yīng)采樣的模擬輸入電壓的數(shù)據(jù)輸出一起更新，因此與數(shù)字數(shù)據(jù)具有相同的流水線延遲。

3. 數(shù)據(jù)輸出

數(shù)字輸出可以通過將OE引腳設(shè)置為高電平來設(shè)置為高阻抗狀態(tài)，正常操作時OE引腳為低電平。數(shù)據(jù)輸出采用正直偏移二進制碼格式，建議數(shù)據(jù)線上的電容負載盡可能低（<15pF），必要時可使用外部緩沖器或鎖存器來最小化電容負載。

4. 數(shù)字輸出驅(qū)動電源

每個通道都有一個單獨的專用電源引腳VDRV，用于輸出邏輯驅(qū)動器。建議使用+3V邏輯電源，以降低輸出級的功耗并減少電源線上的電流毛刺，從而影響轉(zhuǎn)換器的交流性能。

六、接地與去耦設(shè)計

在高頻設(shè)計中，正確的接地、旁路、短走線長度以及使用電源和接地平面尤為重要。建議使用多層PCB板，將ADS2807視為模擬組件，盡可能使用模擬電源為其供電，將接地引腳直接連接到覆蓋轉(zhuǎn)換器下方PCB板區(qū)域的模擬接地平面。同時，要確保所有電源和參考引腳都有足夠的旁路電容，以降低高頻電流瞬變和噪聲的影響。

七、總結(jié)與思考

ADS2807作為一款高性能的12位ADC，憑借其出色的特性和靈活的設(shè)計選項，為電子工程師在各種應(yīng)用中提供了強大的支持。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，綜合考慮模擬輸入驅(qū)動、參考配置、數(shù)字輸入輸出以及接地去耦等方面的設(shè)計要點，以充分發(fā)揮ADS2807的性能優(yōu)勢。同時，我們也應(yīng)該不斷探索和優(yōu)化設(shè)計方案，以應(yīng)對不同應(yīng)用場景下的挑戰(zhàn)。你在使用ADS2807或其他類似ADC時，遇到過哪些有趣的設(shè)計問題或解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。