在電子工程師的日常工作中，選擇一款合適的A/D轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。它直接影響著系統(tǒng)的性能、功耗和成本。今天，我們就來(lái)深入了解一下TI的ADC10040/ADC10040Q 10位、40 MSPS、3V、55.5 mW A/D轉(zhuǎn)換器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

ADC10040是一款單芯片CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器，能夠以每秒4000萬(wàn)個(gè)樣本（40 MSPS）的速度將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字字。它采用了差分流水線架構(gòu)，并配備了數(shù)字誤差校正和片上采樣保持電路，不僅提供了完整的轉(zhuǎn)換解決方案，還能有效降低功耗，同時(shí)展現(xiàn)出出色的動(dòng)態(tài)性能。其獨(dú)特的采樣保持級(jí)實(shí)現(xiàn)了400 MHz的滿(mǎn)功率帶寬。

二、產(chǎn)品特性

2.1 電源與輸入特性

• 單電源供電：僅需單一的+3.0V電源即可工作，簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)。
• 可選輸入擺幅：支持2.0 VP - P、1.5 VP - P或1.0 VP - P的滿(mǎn)量程輸入擺幅，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。
• 寬輸入帶寬：具有400 MHz的 - 3 dB輸入帶寬，能夠處理高頻信號(hào)。

2.2 低功耗設(shè)計(jì)

• 低功耗模式：具備低功耗待機(jī)模式，在待機(jī)狀態(tài)下功耗大幅降低，有效節(jié)省能源。
• 低靜態(tài)功耗：正常工作時(shí)功耗僅為55.5 mW，在40 MHz時(shí)鐘頻率下也能保持較低的功耗水平。

2.3 片上集成功能

• 片上參考和采樣保持放大器：集成了參考電壓和采樣保持放大器，減少了外部元件的使用，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。
• 數(shù)據(jù)格式可選：支持偏移二進(jìn)制或二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)格式，滿(mǎn)足不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理需求。

2.4 輸出驅(qū)動(dòng)與兼容性

• 獨(dú)立可調(diào)輸出驅(qū)動(dòng)電源：可獨(dú)立調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)電源，以適應(yīng)2.5V和3.3V邏輯系列，增強(qiáng)了與不同邏輯電路的兼容性。

2.5 汽車(chē)級(jí)認(rèn)證

• AEC - Q100 Grade 3認(rèn)證：ADC10040Q經(jīng)過(guò)AEC - Q100 Grade 3認(rèn)證，適用于汽車(chē)電子等對(duì)可靠性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.6 封裝形式

• 28引腳TSSOP封裝：采用28引腳TSSOP封裝，體積小巧，便于PCB布局和焊接。

三、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

四、應(yīng)用領(lǐng)域

4.1 醫(yī)療與成像領(lǐng)域

• 超聲和成像：在超聲設(shè)備和成像系統(tǒng)中，ADC10040的高采樣速率和低功耗特性能夠滿(mǎn)足對(duì)圖像質(zhì)量和實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗和散熱需求。

  4.2 儀器儀表領(lǐng)域

• 儀器儀表：適用于各種儀器儀表，如示波器、頻譜分析儀等，提供高精度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

  4.3 通信領(lǐng)域

• 蜂窩基站/通信接收器：在蜂窩基站和通信接收器中，ADC10040能夠處理高頻信號(hào)，提高通信系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力。

  4.4 雷達(dá)與聲納領(lǐng)域

• 聲納/雷達(dá)：在聲納和雷達(dá)系統(tǒng)中，其高帶寬和低功耗特性有助于提高系統(tǒng)的探測(cè)性能和續(xù)航能力。

  4.5 數(shù)據(jù)采集與處理領(lǐng)域

• xDSL、無(wú)線本地環(huán)路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、DSP前端：在這些領(lǐng)域中，ADC10040能夠?yàn)閿?shù)據(jù)采集和處理提供可靠的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

五、引腳說(shuō)明與等效電路

5.1 模擬輸入輸出引腳

• VIN和VIN'：差分模擬輸入信號(hào)引腳，在1.2V參考電壓下，滿(mǎn)量程輸入信號(hào)電平為差分1.0 Vp - p。VIN可連接到Vcom引腳以實(shí)現(xiàn)單端操作。
• VREF：參考電壓引腳，內(nèi)部提供1.2V參考電壓。該引腳應(yīng)通過(guò)0.1 μF單片電容旁路到VssA。如有需要，也可由外部1.20V參考電壓驅(qū)動(dòng)，但請(qǐng)勿加載該引腳。

  5.2 數(shù)字輸入輸出引腳

• CLK：數(shù)字時(shí)鐘輸入引腳，輸入頻率范圍為20 MHz至40 MHz，采樣在上升沿進(jìn)行。
• DF：數(shù)據(jù)格式選擇引腳，高電平時(shí)輸出二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)格式，低電平時(shí)輸出偏移二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式。
• STBY：待機(jī)引腳，高電平時(shí)將轉(zhuǎn)換器設(shè)置為待機(jī)模式，低電平時(shí)為活動(dòng)模式。
• IRS：輸入范圍選擇引腳，用于定義產(chǎn)生滿(mǎn)量程輸出的輸入信號(hào)幅度。不同的連接方式對(duì)應(yīng)不同的滿(mǎn)量程輸入范圍，如連接VDDA為2.0 Vp - p，連接VssA為1.5 Vp - p，浮空為1.0 Vp - p。

  5.3 電源引腳

• VDDA：模擬電源正引腳，應(yīng)連接到穩(wěn)定的3.0V電源，并通過(guò)0.1 μF單片電容旁路到模擬地，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)4.7 μF電容。
• VSSA：模擬電源地引腳。
• VDDIO：數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)電源正引腳，應(yīng)通過(guò)0.1 μF單片電容旁路到數(shù)字地，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)4.7 μF電容。該引腳電壓不得超過(guò)VDDA電壓300 mV。
• VssIo：數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)電源地引腳，應(yīng)連接到接地平面，但遠(yuǎn)離模擬電路。

六、絕對(duì)最大額定值與工作額定值

6.1 絕對(duì)最大額定值

絕對(duì)最大額定值表示超出該范圍可能會(huì)對(duì)器件造成損壞的極限值。例如，VDDA和VDDIO的最大電壓為3.9V，任何引腳到地的電壓范圍為 - 0.3V至VDDA或VooIo + 0.3V等。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守這些額定值，以確保器件的安全可靠運(yùn)行。

6.2 工作額定值

工作額定值表示器件正常工作的條件范圍。如工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，VDDA電源電壓范圍為 + 2.7V至 + 3.6V，VDDIO輸出驅(qū)動(dòng)電源電壓范圍為 + 2.5V至VDDA等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)確保器件工作在這些額定值范圍內(nèi)，以保證其性能和穩(wěn)定性。

七、電氣特性

7.1 靜態(tài)轉(zhuǎn)換器特性

• 無(wú)缺失碼保證：ADC10040確保沒(méi)有缺失碼，保證了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
• 積分非線性（INL）和差分非線性（DNL）：INL和DNL的典型值分別為±0.3 LSB，反映了轉(zhuǎn)換器的線性度。
• 增益誤差和偏移誤差：增益誤差和偏移誤差表示實(shí)際轉(zhuǎn)換特性與理想特性的偏差，在設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償。

  7.2 參考和輸入特性

• 共模輸入電壓（VCM）：共模輸入電壓范圍為0.5V至1.5V，確保輸入信號(hào)的穩(wěn)定性。
• 參考電壓（VREF）：參考電壓為1.2V，應(yīng)通過(guò)0.1 μF電容旁路到地。

  7.3 電源特性

• 模擬電源電流（IVDDA）：待機(jī)狀態(tài)下為4.5 - 6.0 mA，活動(dòng)狀態(tài)下為18 - 25 mA。
• 數(shù)字電源電流（IVDDIO）：待機(jī)狀態(tài)下為0 mA，活動(dòng)狀態(tài)下為0.6 - 0.8 mA。
• 功耗（PWR）：待機(jī)狀態(tài)下為13.5 - 18 mW，活動(dòng)狀態(tài)下為55.5 - 77 mW。

7.4 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換器特性

• 有效位數(shù)（ENOB）：在不同輸入頻率下，ENOB典型值為9.4 - 9.6位，反映了轉(zhuǎn)換器的實(shí)際性能。
• 信噪比（SNR）和總諧波失真（THD）：SNR和THD是衡量轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)，在不同輸入頻率下，SNR典型值為58.7 - 59.6 dB，THD典型值為 - 68.8 - - 78 dBc。

八、功能描述與應(yīng)用信息

8.1 功能描述

ADC10040采用流水線架構(gòu)和誤差校正電路，確保了高性能的轉(zhuǎn)換。差分模擬輸入信號(hào)被數(shù)字化為10位數(shù)據(jù)。在差分模式下，輸入信號(hào)的峰 - 峰值電壓根據(jù)IRS引腳的狀態(tài)分別為1.0V、0.75V或0.5V。如果需要單端操作，可將VIN - 連接到VCOM引腳。

8.2 應(yīng)用信息

8.2.1 模擬輸入

ADC10040有兩個(gè)模擬信號(hào)輸入引腳VIN + 和VIN - ，形成差分輸入對(duì)。VCOM引腳可用于設(shè)置共模輸入電壓。為了減少輸入噪聲，建議在每個(gè)信號(hào)輸入引腳使用18Ω串聯(lián)電阻，并在輸入之間跨接一個(gè)25 pF電容，形成低通濾波器。

8.2.2 參考引腳

ADC10040可使用內(nèi)部或外部1.2V參考電壓。內(nèi)部參考為默認(rèn)條件，使用外部參考時(shí)，應(yīng)將VREF引腳通過(guò)0.1 μF電容旁路到地。VCOM、VREFT和REFB引腳的電壓來(lái)自參考電壓，僅用于旁路目的，應(yīng)通過(guò)0.1 μF電容旁路到地，且請(qǐng)勿加載這些引腳。

8.2.3 時(shí)鐘引腳

CLK信號(hào)控制采樣過(guò)程的時(shí)序。應(yīng)使用穩(wěn)定、低抖動(dòng)的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘輸入，頻率范圍應(yīng)符合AC電氣特性表的要求。時(shí)鐘信號(hào)的上升和下降時(shí)間應(yīng)小于2 ns，且時(shí)鐘信號(hào)的走線應(yīng)盡可能短，避免與其他信號(hào)交叉。

8.2.4 待機(jī)引腳

STBY引腳高電平時(shí)，ADC10040進(jìn)入掉電模式，功耗為13.5 mW。此時(shí)輸出數(shù)據(jù)引腳狀態(tài)未定義，管道中的數(shù)據(jù)會(huì)被損壞。

8.2.5 數(shù)據(jù)格式引腳

DF引腳高電平時(shí)，ADC10040輸出二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)格式；低電平時(shí)，輸出偏移二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式。

8.2.6 輸入范圍選擇引腳

IRS引腳定義了產(chǎn)生滿(mǎn)量程輸出的輸入信號(hào)幅度，通過(guò)不同的連接方式可選擇不同的輸入范圍。

九、典型應(yīng)用電路

9.1 窄帶交流信號(hào)應(yīng)用

對(duì)于交流耦合、差分驅(qū)動(dòng)輸入的應(yīng)用，可使用如圖40所示的典型電路。16Ω電阻和24 pF電容與ADC10040的4 pF輸入電容一起提供 - 3dB輸入帶寬為177 MHz，VCOM引腳的0.1 μF電容可穩(wěn)定變壓器中心抽頭的共模電壓。

9.2 直流應(yīng)用

在非常低頻和直流輸入應(yīng)用中，可能需要使用直流耦合放大器或緩沖器。圖41展示了使用LMH6550的輸入驅(qū)動(dòng)電路，可替代圖40中的變壓器，為ADC10040提供合適的輸入信號(hào)。

9.3 單端應(yīng)用

雖然ADC10040在差分輸入時(shí)性能最佳，但在某些對(duì)性能要求不高的應(yīng)用中，也可使用單端輸入。圖42展示了一種單端信號(hào)源驅(qū)動(dòng)模擬輸入的方法。

十、總結(jié)

ADC10040以其高采樣速率、低功耗、寬輸入帶寬和豐富的功能特性，成為了眾多應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇引腳配置和外部電路，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要嚴(yán)格遵守其絕對(duì)最大額定值和工作額定值，確保器件的安全可靠運(yùn)行。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助電子工程師們更好地了解和應(yīng)用ADC10040這款優(yōu)秀的A/D轉(zhuǎn)換器。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。