LTC1747：高性能12位80Msps ADC的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）作為模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的橋梁，其性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天要介紹的LTC1747，就是一款性能卓越的12位80Msps ADC，它在高頻、寬動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)數(shù)字化處理方面有著出色的表現(xiàn)。

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產(chǎn)品概述

LTC1747是一款80Msps的12位采樣A/D轉(zhuǎn)換器，專為數(shù)字化高頻、寬動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)而設(shè)計(jì)。它具有多種出色的特性，使其在通信、基站、頻譜分析等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵特性

1. 高采樣率與出色的動(dòng)態(tài)性能：采樣率高達(dá)80Msps，在不同輸入范圍下都有優(yōu)秀的信噪比（SNR）和無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）。例如，在3.2V范圍下，SNR可達(dá)72dB，SFDR可達(dá)85dB；在2V范圍下，SNR為70.5dB，SFDR為87dB。
2. 引腳兼容性：與14位80Msps的LTC1748引腳兼容，方便工程師在不同精度需求之間進(jìn)行切換。
3. 無丟失碼：保證了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性和可靠性。
4. 單5V供電：簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。
5. 可選輸入范圍：支持±1V或±1.6V的輸入范圍，可通過引腳選擇，還能通過電阻編程模式優(yōu)化輸入范圍，以適應(yīng)不同應(yīng)用需求。
6. 高帶寬采樣保持電路：具有240MHz的全功率帶寬采樣保持（S/H）電路，能夠處理高頻信號(hào)。
7. 豐富的產(chǎn)品線：同系列還有不同采樣率和精度的產(chǎn)品可供選擇，如25Msps的LTC1746（14位）、LTC1745（12位）等。
8. 48引腳TSSOP封裝：便于PCB布局，簡(jiǎn)化了電路板設(shè)計(jì)。

電氣特性分析

模擬輸入特性

• 輸入范圍：在4.75V ≤ VDD ≤ 5.25V條件下，模擬輸入范圍為±1V至±1.6V。
• 輸入漏電流：模擬輸入漏電流在 -1μA至1μA之間。
• 輸入電容：采樣模式下（ENC < ENC）輸入電容為8pF，保持模式下（ENC > ENC）為4pF。
• 采樣保持時(shí)間：采樣保持采集時(shí)間為5 - 6ns，采集延遲時(shí)間為0ns，采集延遲時(shí)間抖動(dòng)僅為0.15psRMS。
• 共模抑制比：在1.5V < (AIN– = AIN+) < 3V條件下，模擬輸入共模抑制比（CMRR）為80dB。

動(dòng)態(tài)精度特性

不同輸入頻率和范圍下，LTC1747的SNR、SFDR、S/(N + D)、THD和IMD等指標(biāo)表現(xiàn)出色。例如，在5MHz輸入信號(hào)、2V范圍下，SNR為70.5dB，SFDR為87dB；在30MHz輸入信號(hào)、3.2V范圍下，SNR為72dB，SFDR為85dB。

內(nèi)部參考特性

內(nèi)部參考電壓VCM輸出電壓典型值為2.35V，溫度系數(shù)為±30ppm/°C，線路調(diào)整率為3mV/V，輸出電阻為4Ω。

數(shù)字輸入輸出特性

數(shù)字輸入輸出特性滿足多種邏輯系統(tǒng)的需求。高電平輸入電壓VIH在VDD = 5.25V時(shí)為2.4V，低電平輸入電壓VIL在VDD = 4.75V時(shí)為0.8V。輸出高電平電壓VOH和低電平電壓VOL在不同負(fù)載電流下有相應(yīng)的規(guī)定值。

電源要求

正電源電壓VDD范圍為4.75V至5.25V，正電源電流典型值為280mA，功耗典型值為1.4W。數(shù)字輸出電源電壓OVDD范圍為0.5V至VDD。

時(shí)序特性

ENC周期為12.5 - 2000ns，ENC高電平時(shí)間為6 - 1000ns，ENC低電平時(shí)間為6 - 1000ns等。數(shù)據(jù)延遲為5個(gè)周期。

工作原理與應(yīng)用信息

轉(zhuǎn)換器操作

LTC1747是一款CMOS流水線多級(jí)轉(zhuǎn)換器，具有四個(gè)流水線ADC階段。模擬輸入為差分輸入，可提高共模噪聲免疫力和輸入范圍，同時(shí)減少采樣保持電路的偶次諧波。轉(zhuǎn)換過程分為兩個(gè)階段，由差分ENC/ENC輸入引腳的狀態(tài)決定。

采樣保持操作與輸入驅(qū)動(dòng)

• 采樣保持操作：在采樣階段，ENC/ENC為低時(shí)，傳輸門將模擬輸入連接到采樣電容，電容充電并跟蹤輸入電壓；當(dāng)ENC/ENC變?yōu)楦邥r(shí)，采樣電壓被保持在電容上，然后傳遞給ADC核心處理。
• 共模偏置：ADC采樣保持電路需要差分驅(qū)動(dòng)，每個(gè)輸入應(yīng)在2.35V的共模電壓周圍擺動(dòng)±0.8V（3.2V范圍）或±0.5V（2V范圍）。VCM輸出引腳可提供共模偏置電平。
• 輸入驅(qū)動(dòng)阻抗：輸入驅(qū)動(dòng)電路會(huì)影響LTC1747的動(dòng)態(tài)性能，特別是二次和三次諧波。源阻抗和輸入電抗會(huì)影響SFDR，建議每個(gè)輸入的源阻抗為100Ω或更小，S/H電路針對(duì)50Ω源阻抗進(jìn)行了優(yōu)化。

參考操作

內(nèi)部2.35V帶隙參考用于設(shè)置外部輸入電路的共模電壓，并與差分放大器一起生成內(nèi)部ADC電路所需的差分參考電平。SENSE引腳可選擇輸入范圍，還可通過外部電阻編程設(shè)置其他電壓范圍。

驅(qū)動(dòng)編碼輸入

ENC/ENC輸入應(yīng)差分驅(qū)動(dòng)，以提高抗共模噪聲能力。編碼信號(hào)的噪聲會(huì)導(dǎo)致額外的孔徑抖動(dòng)，在對(duì)抖動(dòng)要求較高的應(yīng)用中，應(yīng)采用差分驅(qū)動(dòng)、增大信號(hào)幅度、濾波編碼信號(hào)和平衡輸入電容和電阻等措施。

數(shù)字輸出

• 數(shù)字輸出緩沖器：每個(gè)輸出緩沖器由OVDD和OGND供電，與ADC電源和地隔離，輸出表現(xiàn)為50Ω，可減少外部阻尼電阻的使用。
• 輸出加載：數(shù)字輸出應(yīng)驅(qū)動(dòng)最小電容負(fù)載，建議使用ALVCH16373等CMOS鎖存器進(jìn)行緩沖，全速運(yùn)行時(shí)電容負(fù)載應(yīng)保持在10pF以下。
• 輸出格式：可選擇偏移二進(jìn)制或2的補(bǔ)碼格式，通過MSBINV引腳進(jìn)行選擇。
• 溢出位：溢出輸出位OF指示轉(zhuǎn)換器是否超出范圍。
• 輸出時(shí)鐘：CLKOUT引腳可用于將轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與數(shù)字系統(tǒng)同步。
• 輸出驅(qū)動(dòng)電源：輸出驅(qū)動(dòng)電源OVDD應(yīng)與被驅(qū)動(dòng)的邏輯電源相同，可在0.5V至5V范圍內(nèi)供電。
• 輸出使能：OE引腳可禁用輸出，低電平禁用所有數(shù)據(jù)輸出，Hi-Z狀態(tài)適用于長時(shí)間不活動(dòng)期間。

接地與旁路

LTC1747需要一個(gè)干凈、完整的接地平面的印刷電路板，建議使用帶有內(nèi)部接地平面的多層板。布局時(shí)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)軌道并行或在ADC下方運(yùn)行。在VDD、VCM、REFHA、REFHB、REFLA和REFLB引腳使用高質(zhì)量陶瓷旁路電容，并盡可能靠近引腳放置。

熱傳遞

LTC1747產(chǎn)生的大部分熱量通過封裝引腳傳遞到印刷電路板上，關(guān)鍵接地引腳應(yīng)連接到足夠面積的接地平面，以降低熱阻。評(píng)估電路布局通過在接地引腳附近使用多個(gè)過孔，實(shí)現(xiàn)了較低的熱阻。

相關(guān)產(chǎn)品

線性技術(shù)公司還提供了一系列相關(guān)產(chǎn)品，如LTC1405、LTC1406、LTC1411等，這些產(chǎn)品在不同的采樣率和精度上各有特點(diǎn)，可滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，綜合考慮LTC1747的各項(xiàng)特性和參數(shù)，合理設(shè)計(jì)電路，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要注意接地、旁路、熱傳遞等方面的問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用LTC1747或類似ADC時(shí)，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。