16位15Msps SAR ADC LTC2387-16：高速高精度的理想選擇

在電子設(shè)計(jì)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，我們就來(lái)深入了解一款高性能的16位15Msps SAR ADC——LTC2387 - 16。

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一、產(chǎn)品概述

LTC2387 - 16是一款低噪聲、高速的16位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，具有出色的線性度和寬動(dòng)態(tài)范圍，適用于高速成像、儀器儀表、通信、控制環(huán)路等多種應(yīng)用場(chǎng)景。其15Msps的吞吐量和無(wú)流水線延遲、無(wú)周期延遲的特性，為高速控制環(huán)路應(yīng)用提供了獨(dú)特的解決方案。同時(shí)，在高輸入頻率下的低失真特性，使其能夠滿足需要寬動(dòng)態(tài)范圍和大信號(hào)帶寬的通信應(yīng)用需求。

1. 主要特性

• 高速性能：15Msps的吞吐量，可實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集。
• 高精度：93.8dB SNR（典型值，(f{IN}=1 MHz)），102dB SFDR（典型值，(f{IN}=1 MHz)），保證了信號(hào)的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換。
• 寬輸入范圍：(8.192V V_{P - P}) 差分輸入，適用于多種信號(hào)類(lèi)型。
• 低功耗：僅125mW的功耗，在高速運(yùn)行時(shí)也能保持較低的能耗。
• 靈活的接口：串行LVDS接口，具有單通道和雙通道輸出模式，可根據(jù)應(yīng)用需求優(yōu)化接口數(shù)據(jù)速率。

二、性能參數(shù)

1. 電氣特性

• 輸入范圍：絕對(duì)輸入范圍（(IN+)和(IN-)）為 - 0.1V 到 (V{REFBUF} + 0.1V)，輸入差分電壓范圍為 - (V{REFBUF}) 到 (V_{REFBUF})。
• 線性誤差：積分線性誤差（INL）最大為 ±0.8LSB，差分線性誤差（DNL）最大為 ±0.8LSB。
• 動(dòng)態(tài)性能：SINAD在不同輸入頻率下表現(xiàn)出色，如 (f{IN}=2kHz) 時(shí)典型值為93.9dB；SNR在 (f{IN}=2kHz) 時(shí)典型值為94dB；THD在 (f_{IN}=2kHz) 時(shí)典型值為 - 117dB。

2. 參考特性

內(nèi)部參考輸出電壓為2.048V，溫度系數(shù)最大為 ±20ppm/°C，輸出阻抗為15kΩ。參考緩沖器輸出電壓為4.096V，可根據(jù)需要進(jìn)行外部驅(qū)動(dòng)。

3. 數(shù)字接口特性

數(shù)字輸入和輸出具有明確的電壓和電流要求，如PD、TESTPAT等輸入的高電平輸入電壓為1.7V，低電平輸入電壓為0.6V。LVDS輸出具有特定的差分輸出電壓和共模輸出電壓。

4. 功率要求

需要5V、2.5V和2.5V三個(gè)電源，在不同工作模式下的功耗不同，如15Msps采樣率時(shí)功耗為125mW，掉電模式下功耗可降至10μW。

三、應(yīng)用信息

1. 轉(zhuǎn)換器操作

LTC2387 - 16的工作分為采集和轉(zhuǎn)換兩個(gè)階段。在采集階段，采樣電容連接到模擬輸入引腳 (IN+) 和 (IN-) 以采樣差分模擬輸入電壓；轉(zhuǎn)換階段，ADC通過(guò)逐次逼近算法將采樣輸入與參考電壓的二進(jìn)制加權(quán)分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較，最終輸出16位數(shù)字代碼。

2. 輸入驅(qū)動(dòng)電路

為了獲得最佳性能，建議使用緩沖放大器驅(qū)動(dòng)模擬輸入。緩沖放大器可提供低輸出阻抗，使模擬信號(hào)在采集階段快速穩(wěn)定，并隔離信號(hào)源與ADC輸入的電流尖峰。同時(shí)，應(yīng)注意輸入信號(hào)的變化速度，不建議采樣變化速度超過(guò)300mV/ns的信號(hào)。

3. 輸入濾波

在緩沖輸出和ADC輸入之間放置濾波網(wǎng)絡(luò)，可減少緩沖器的噪聲貢獻(xiàn)和ADC采樣瞬變對(duì)緩沖器的干擾。簡(jiǎn)單的一階低通RC濾波器通常就足夠了，但需確保濾波器的RC時(shí)間常數(shù)足夠小，以保證模擬輸入在ADC采集時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。

4. 參考電路

LTC2387 - 16的內(nèi)部參考電路包括一個(gè)低噪聲、低漂移的帶隙參考和一個(gè)內(nèi)部參考緩沖器?？筛鶕?jù)需要選擇使用內(nèi)部參考、外部參考或外部參考緩沖器。使用內(nèi)部參考時(shí)，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐月冯娙菖渲?；使用外部參考時(shí)，可選擇如LTC6655 - 2.048等高性能參考源。

5. 動(dòng)態(tài)性能

通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）技術(shù)測(cè)試ADC的頻率響應(yīng)、失真和噪聲。LTC2387 - 16在不同輸入頻率下的SINAD、SNR和THD表現(xiàn)良好，為信號(hào)處理提供了可靠的保障。

6. 功率考慮

需要三個(gè)電源供電，且各電源需進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐月冯娙菖渲谩TC2387 - 16沒(méi)有特定的電源排序要求，但需注意遵守絕對(duì)最大額定值中的電壓關(guān)系。掉電模式可在長(zhǎng)時(shí)間不工作時(shí)降低功耗。

7. 時(shí)序和控制

轉(zhuǎn)換由CNV+和 (CNV^{-}) 輸入控制，上升沿觸發(fā)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在開(kāi)機(jī)或退出掉電模式后的前兩個(gè)轉(zhuǎn)換周期無(wú)效，后續(xù)結(jié)果在滿足轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔要求時(shí)準(zhǔn)確。內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘經(jīng)過(guò)調(diào)整，保證了15Msps的吞吐量。

8. 數(shù)字接口

采用串行LVDS數(shù)字接口，易于連接到FPGA。LVDS信號(hào)應(yīng)作為100Ω差分傳輸線布線，并在接收器端用100Ω電阻端接?？蛇x擇單通道或雙通道輸出模式，雙通道輸出模式可在高采樣率下降低接口數(shù)據(jù)速率。

9. 電路板布局

需要一個(gè)干凈、完整的接地平面的印刷電路板，推薦使用多層板并將內(nèi)部接地平面置于ADC下方。應(yīng)盡量分離數(shù)字和模擬信號(hào)線，避免數(shù)字軌道與模擬信號(hào)軌道相鄰或在ADC下方。同時(shí)，使用高質(zhì)量的陶瓷旁路電容，并確保其靠近引腳放置。

四、典型應(yīng)用

1. 低失真輸入驅(qū)動(dòng)電路（高達(dá)1MHz）

使用LT6201作為緩沖放大器，可實(shí)現(xiàn)低失真的信號(hào)采集，在15Msps采樣率和 (f_{IN}=50 kHz) 時(shí)，SNR為93dB，THD為 - 115dB。

2. 低功耗、低噪聲輸入驅(qū)動(dòng)電路（高達(dá)8kHz）

采用LT6237作為緩沖放大器，適用于對(duì)功耗和噪聲要求較高的應(yīng)用，在15Msps采樣率和 (f_{IN}=8 kHz) 時(shí)，SNR為94.0dB，THD為 - 114dB。

五、相關(guān)產(chǎn)品

除了LTC2387 - 16，Linear Technology還提供了一系列相關(guān)產(chǎn)品，如不同位數(shù)和采樣率的ADC、高精度參考源和低噪聲放大器等，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總的來(lái)說(shuō)，LTC2387 - 16以其高速、高精度、低功耗和靈活的接口等特性，為電子工程師在各種應(yīng)用中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求，合理配置電路參數(shù)，優(yōu)化電路板布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)什么問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。