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(jì)要點(diǎn)。

文件下載：ads2807.pdf

一、ADS2807關(guān)鍵特性

1. 高性能指標(biāo)

ADS2807具有高信噪比（SNR），在2Vp - p輸入時(shí)可達(dá)66dB，3Vp - p輸入時(shí)可達(dá)68dB。低功耗設(shè)計(jì)，僅720mW，同時(shí)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(cè)試設(shè)備、醫(yī)學(xué)成像、視頻數(shù)字化、CCD數(shù)字化等多個(gè)領(lǐng)域，展現(xiàn)了其強(qiáng)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(jì)

ADS2807集成了兩個(gè)高速CMOS ADC和一個(gè)內(nèi)部參考。ADC采用11級(jí)流水線架構(gòu)，每一級(jí)將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字誤差校正邏輯中，確保在12位級(jí)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(shí)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(gè)時(shí)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?fù)浣Y(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(shí)現(xiàn)了高水平的交流性能。兩個(gè)輸入（IN、IN）需要使用通常在電源電壓中點(diǎn)（+VS / 2）的共模電壓進(jìn)行外部偏置。

三、模擬輸入驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

1. 驅(qū)動(dòng)方式選擇

ADS2807的模擬輸入阻抗非常高，應(yīng)通過設(shè)計(jì)用于通過感興趣的最高頻率的R - C網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)，以防止輸入中的高頻噪聲影響無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）和信噪比（SNR）。它可以單端或差分驅(qū)動(dòng)，差分操作具有信號(hào)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(diǎn)；單端模式則適用于一些對(duì)電路復(fù)雜度要求較低的時(shí)域應(yīng)用，但會(huì)導(dǎo)致失真性能下降。

2. 不同接口電路

• 變壓器耦合：對(duì)于需要將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)以驅(qū)動(dòng)ADS2807的應(yīng)用，RF變壓器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。它可以利用升壓變壓器進(jìn)行信號(hào)放大，同時(shí)減少噪聲引入，提高失真性能。
• 交流耦合雙電源運(yùn)放：在一些對(duì)動(dòng)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(dòng)放大器，如OPA642或OPA643，將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)并耦合到轉(zhuǎn)換器的差分輸入。
• 交流耦合單電源運(yùn)放：當(dāng)系統(tǒng)僅允許單電源操作時(shí)，可對(duì)上述接口電路進(jìn)行修改。使用如OPA2681這樣的雙運(yùn)放，利用ADS2807的CM輸出偏置驅(qū)動(dòng)放大器的輸入，同時(shí)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(duì)接口復(fù)雜度要求較低且對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求不高的應(yīng)用，通過單個(gè)電阻為交流耦合提供偏置，同時(shí)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(dòng)：對(duì)于需要信號(hào)路徑包含直流的應(yīng)用，可采用基于運(yùn)算放大器的接口電路進(jìn)行縮放和電平轉(zhuǎn)換，確保輸入信號(hào)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(dòng)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(jì)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(duì)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(jì)要點(diǎn)

1. 時(shí)鐘輸入

ADS2807的兩個(gè)通道由同一個(gè)時(shí)鐘的上升沿控制，時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)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(shí)鐘抖動(dòng)，將時(shí)鐘輸入視為模擬輸入處理，確保時(shí)鐘信號(hào)具有低抖動(dòng)、50%占空比和快速的上升和下降時(shí)間。

2. 過范圍指示

當(dāng)模擬輸入電壓超過設(shè)定的滿量程范圍時(shí)，ADS2807的“OVR”引腳可用于監(jiān)測(cè)這種超出范圍的情況。OVR輸出與對(duì)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?jǐn)?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?fàn)顟B(tài)，正常操作時(shí)OE引腳為低電平。數(shù)據(jù)輸出采用正直偏移二進(jìn)制碼格式，建議數(shù)據(jù)線上的電容負(fù)載盡可能低（<15pF），必要時(shí)可使用外部緩沖器或鎖存器來最小化電容負(fù)載。

4. 數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)電源

每個(gè)通道都有一個(gè)單獨(dú)的專用電源引腳VDRV，用于輸出邏輯驅(qū)動(dòng)器。建議使用+3V邏輯電源，以降低輸出級(jí)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(jì)

在高頻設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)選項(xiàng)，為電子工程師在各種應(yīng)用中提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(dòng)、參考配置、數(shù)字輸入輸出以及接地去耦等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮ADS2807的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，我們也應(yīng)該不斷探索和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以應(yīng)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的挑戰(zhàn)。你在使用ADS2807或其他類似ADC時(shí)，遇到過哪些有趣的設(shè)計(jì)問題或解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。