Texas Instruments ADS803：高性能12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界與數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。Texas Instruments的ADS803作為一款高性能的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，憑借其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場景，在眾多設(shè)計中備受青睞。今天，我們就來深入剖析ADS803的技術(shù)細(xì)節(jié)和應(yīng)用要點(diǎn)。

文件下載：ads803.pdf

一、ADS803概述

ADS803是一款高速、高動態(tài)范圍的12位流水線式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它具備高無雜散動態(tài)范圍（SFDR）、高信噪比（SNR）、低功耗等特點(diǎn)，能夠在高達(dá)奈奎斯特速率甚至更高的頻率下提供出色的雜散性能。此外，它與10MHz的ADS804和20MHz的ADS805引腳兼容，為設(shè)計提供了更多的靈活性。

關(guān)鍵特性

• 高SFDR和SNR：在奈奎斯特頻率下，SFDR可達(dá)82dB，SNR可達(dá)69dB，確保了信號轉(zhuǎn)換的高質(zhì)量。
• 低功耗：僅需115mW的功耗，適合對功耗敏感的應(yīng)用。
• 低差分線性誤差（DLE）：最大DLE為0.25LSB，保證了轉(zhuǎn)換的精度。
• 靈活的輸入范圍：可選擇2Vp-p或5Vp-p的輸入范圍，還能設(shè)置介于兩者之間的輸入范圍，或者使用外部參考。
• 過范圍指示：提供過范圍指示標(biāo)志，方便監(jiān)測輸入信號是否超出轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入范圍。

二、電氣特性

基本參數(shù)

• 分辨率：12位，能夠滿足大多數(shù)高精度應(yīng)用的需求。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為-40°C至+85°C，適應(yīng)不同的工作環(huán)境。
• 采樣率：最高可達(dá)5MHz，可實(shí)現(xiàn)高速信號的采集。

輸入特性

• 單端輸入范圍：標(biāo)準(zhǔn)范圍為1.5V至3.5V，可選范圍為0V至5V。
• 共模電壓：標(biāo)準(zhǔn)共模電壓為2.5V，可選范圍為1V至2V。
• 輸入電容：約為20pF，對驅(qū)動電路的要求較低。

性能指標(biāo)

• SFDR：在2.48MHz輸入時可達(dá)82dB，有效抑制雜散信號。
• SNR：在2.48MHz輸入時可達(dá)69dB，提供清晰的信號轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• 差分線性誤差：最大為±0.25LSB，確保轉(zhuǎn)換的線性度。

三、應(yīng)用信息

模擬輸入驅(qū)動

ADS803的模擬輸入可以采用單端或差分驅(qū)動方式。單端配置通常更容易實(shí)現(xiàn)，并且ADS803的額定規(guī)格也是基于單端模式進(jìn)行表征的。

交流耦合輸入配置

這是最常見的接口配置之一。通過將VREF引腳連接到SEL引腳，可將滿量程輸入范圍定義為2Vp-p。使用低失真電壓反饋放大器OPA642將信號以單端形式交流耦合到ADS803。為了滿足A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍要求，需要對放大器的零中心模擬信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。通過在驅(qū)動放大器的輸出和轉(zhuǎn)換器的輸入之間使用直流阻斷電容，可以實(shí)現(xiàn)簡單的電平轉(zhuǎn)換。

直流耦合無電平轉(zhuǎn)換

當(dāng)模擬輸入信號已經(jīng)偏置在符合ADS803所選輸入范圍和參考電平的水平時，只需為所選輸入提供足夠低的源阻抗即可。對于需要驅(qū)動放大器提供信號放大（增益≥3）的應(yīng)用，可以考慮使用去補(bǔ)償電壓反饋運(yùn)算放大器OPA643。

直流耦合有電平轉(zhuǎn)換

在某些應(yīng)用中，信號路徑的帶寬需要包含直流，此時需要進(jìn)行直流耦合。通過使用運(yùn)算放大器A1將接地中心的輸入信號與所需的直流偏移相加，實(shí)現(xiàn)直流電平轉(zhuǎn)換。同時，需要注意調(diào)整電阻值來校正輸入信號的偏移。

單端轉(zhuǎn)差分配置（變壓器耦合）

差分輸入配置可以顯著提高SFDR性能，因?yàn)樵诓罘帜Ｊ较拢盘枖[幅可以減小到單端驅(qū)動所需擺幅的一半，并且可以降低偶次諧波。通過合理設(shè)置變壓器次級側(cè)的電阻，可以實(shí)現(xiàn)輸入阻抗匹配。

參考操作

ADS803集成了帶隙參考電路，可以通過選擇相應(yīng)的引腳配置提供+1V或+2.5V的參考輸出。此外，還可以使用兩個外部電阻來生成不同的參考電壓，或者關(guān)閉內(nèi)部參考并使用外部參考電壓。

輸入范圍和參考選擇

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可以選擇不同的輸入范圍和參考配置。使用內(nèi)部參考時，常見的輸入范圍包括0V至5V、1.5V至3.5V和1V至4V等。在選擇輸入范圍和參考時，需要考慮信號的幅度、精度要求以及系統(tǒng)的整體性能。

時鐘輸入要求

時鐘抖動對高速、高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的SNR性能至關(guān)重要。ADS803在CLK輸入的上升沿對輸入信號進(jìn)行采樣，因此該邊沿的抖動應(yīng)盡可能小。在欠采樣應(yīng)用中，尤其需要注意時鐘抖動的影響。時鐘輸入應(yīng)被視為模擬輸入，以確保最高的性能水平。

數(shù)字輸入和輸出

• 過范圍（OVR）輸出：用于監(jiān)測輸入信號是否超出輸入范圍。當(dāng)輸入電壓在定義的輸入范圍內(nèi)時，OVR輸出為低電平；當(dāng)輸入電壓超出范圍時，OVR輸出為高電平。
• 數(shù)字輸出兼容性：ADS803的數(shù)字輸出與高速TTL和CMOS邏輯系列兼容。通過調(diào)整VDRV引腳的電壓，可以改變數(shù)字輸出電平。為了確保性能，建議將數(shù)據(jù)線上的電容負(fù)載保持在盡可能低的水平（≤15pF）。

接地和去耦

在高頻設(shè)計中，正確的接地和去耦非常重要。建議使用多層PCB板，將ADS803的模擬和數(shù)字接地引腳在IC處連接在一起，并僅連接到系統(tǒng)的模擬接地。同時，需要對電源和參考引腳進(jìn)行充分的去耦，以減少高頻電流瞬變和噪聲的影響。

四、總結(jié)

ADS803作為一款高性能的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有出色的性能指標(biāo)和靈活的應(yīng)用配置。在實(shí)際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇輸入范圍、參考配置、時鐘輸入等參數(shù)，并注意接地和去耦等細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮ADS803的優(yōu)勢。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地理解和應(yīng)用ADS803，在電子設(shè)計中取得更好的成果。你在使用ADS803或其他模數(shù)轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。