探索 LTC2142-12/LTC2141-12/LTC2140-12：高性能低功耗雙路 ADC 的卓越之選
探索 LTC2142-12/LTC2141-12/LTC2140-12：高性能低功耗雙路 ADC 的卓越之選
在電子工程師的日常工作中，選擇合適的模數(shù)轉換器（ADC）至關重要。今天，我們就來深入探討 Linear Technology 公司的 LTC2142-12/LTC2141-12/LTC2140-12 這三款 12 位、低功耗雙路 ADC，看看它們有哪些獨特的性能和應用場景。
文件下載：LTC2140-12.pdf
一、產品概述
LTC2142-12/LTC2141-12/LTC2140-12 是 2 通道同時采樣的 12 位 A/D 轉換器，專為數(shù)字化高頻、寬動態(tài)范圍信號而設計。它們采用單 1.8V 電源供電，具有低功耗、高性能的特點，適用于各種對 AC 性能要求較高的通信應用。
二、關鍵特性
2.1 高性能指標
- 高 SNR 和 SFDR：具備 70.8dB 的信噪比（SNR）和 89dB 的無雜散動態(tài)范圍（SFDR），能夠在復雜的信號環(huán)境中準確地采集和轉換信號，有效減少噪聲和雜散信號的干擾。
- 超低抖動：僅 (0.08 ps_{RMS}) 的超低抖動，使得它們能夠在欠采樣中頻（IF）頻率時保持出色的噪聲性能，為高頻信號處理提供了可靠的保障。
- 高精度 DC 指標：包括 ±0.3LSB 的積分非線性（INL）和 ±0.1LSB 的微分非線性（DNL），且在整個溫度范圍內無漏碼，確保了轉換的準確性和穩(wěn)定性。
2.2 低功耗設計
該系列 ADC 的功耗極低，總功耗分別為 92mW（65Msps）、65mW（40Msps）和 48mW（25Msps），每通道功耗分別為 46mW（65Msps）、33mW（40Msps）和 24mW（25Msps）。這種低功耗特性不僅有助于降低系統(tǒng)的整體功耗，還能減少發(fā)熱，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
2.3 靈活的輸出模式
提供了多種數(shù)字輸出模式，包括全速率 CMOS、雙倍數(shù)據(jù)速率 CMOS 和雙倍數(shù)據(jù)速率 LVDS。用戶可以根據(jù)實際需求選擇合適的輸出模式，以滿足不同系統(tǒng)的接口要求。同時，獨立的輸出電源允許 CMOS 輸出擺幅在 1.2V 至 1.8V 之間調整，增加了系統(tǒng)設計的靈活性。
2.4 豐富的可選功能
- 可選輸入范圍：輸入范圍可在 1VP - P 至 2VP - P 之間選擇，方便用戶根據(jù)不同的信號源進行靈活配置。
- 數(shù)據(jù)輸出隨機化：通過對數(shù)字輸出進行隨機化處理，可以減少 ADC 數(shù)字輸出的干擾，降低輸出頻譜中的雜散信號幅度。
- 時鐘占空比穩(wěn)定器：可選的時鐘占空比穩(wěn)定器允許在較寬的時鐘占空比范圍內保持高性能，確保在時鐘信號質量不穩(wěn)定的情況下仍能正常工作。
- 關斷和小憩模式：支持關斷和小憩模式，可在系統(tǒng)不需要工作時將功耗降至最低，進一步提高系統(tǒng)的能效比。
- 串行 SPI 端口配置：通過串行 SPI 端口，可以方便地對 ADC 的各種工作模式和參數(shù)進行配置，實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)控制。
三、應用領域
由于其卓越的性能和豐富的功能，LTC2142-12/LTC2141-12/LTC2140-12 廣泛應用于以下領域：
- 通信：適用于無線通信基站、軟件定義無線電（SDR）等通信系統(tǒng)，能夠準確地采集和處理高頻信號，提高通信質量和效率。
- 便攜式醫(yī)療成像：低功耗的特點使其非常適合便攜式醫(yī)療成像設備，如超聲診斷儀等，能夠在保證性能的同時，延長設備的電池續(xù)航時間。
- 多通道數(shù)據(jù)采集：2 通道同時采樣的功能使其可以用于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對多個信號的同步采集和處理。
- 無損檢測：在無損檢測領域，能夠高精度地采集和分析信號，為檢測結果提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
四、性能參數(shù)詳解
4.1 轉換器特性
| 參數(shù) | 條件 | LTC2142 - 12 | LTC2141 - 12 | LTC2140 - 12 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 分辨率（無漏碼） | 12 | 12 | 12 | 位 | |
| 積分線性誤差 | 差分模擬輸入 | -0.9 至 0.9（典型 ±0.3） | -0.9 至 0.9（典型 ±0.3） | -0.9 至 0.9（典型 ±0.3） | LSB |
| 差分線性誤差 | 差分模擬輸入 | -0.5 至 0.5（典型 ±0.1） | -0.5 至 0.5（典型 ±0.1） | -0.5 至 0.5（典型 ±0.1） | LSB |
| 失調誤差 | -9 至 9（典型 ±1.5） | -9 至 9（典型 ±1.5） | -9 至 9（典型 ±1.5） | mV | |
| 增益誤差 | 內部參考 | ±1.5 | %FS | ||
| 外部參考 | -1.7 至 1.1（典型 -0.3） | -1.7 至 1.1（典型 -0.3） | -1.7 至 1.1（典型 -0.3） | %FS | |
| 失調漂移 | ±10 | ±10 | ±10 | μV/°C | |
| 滿量程漂移 | 內部參考 | ±30 | ±30 | ±30 | ppm/°C |
| 外部參考 | ±10 | ±10 | ±10 | ppm/°C | |
| 增益匹配 | ±0.2 | ±0.2 | ±0.2 | %FS | |
| 失調匹配 | ±1.5 | ±1.5 | ±1.5 | mV | |
| 過渡噪聲 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | LSBRMS |
4.2 模擬輸入特性
| 符號 | 參數(shù) | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VIN | 模擬輸入范圍（AIN + – AIN –） | 1.7V < VDD < 1.9V | 1 至 2 | VP - P | ||
| VIN(CM) | 模擬輸入共模電壓（(AIN + + AIN –)/2） | 差分模擬輸入 | 0.7 | 1.25 | V | |
| VSENSE | 外部電壓參考施加到 SENSE 引腳（外部參考模式） | 0.625 | 1.250 | 1.300 | V | |
| IINCM | 模擬輸入共模電流 | 每引腳，65Msps | 81 | μA | ||
| 每引腳，40Msps | 50 | μA | ||||
| 每引腳，25Msps | 31 | μA | ||||
| IIN1 | 模擬輸入泄漏電流（無編碼） | 0 < AIN +, AIN – < VDD | -1.5 | 1.5 | μA | |
| IIN2 | PAR/SER 輸入泄漏電流 | 0 < PAR/SER < VDD | -3 | 3 | μA | |
| IIN3 | SENSE 輸入泄漏電流 | 0.625 < SENSE < 1.3V | -3 | 3 | μA | |
| tAP | 采樣保持采集延遲時間 | 0 | ns | |||
| tJITTER | 采樣保持采集延遲抖動 | 單端編碼 | 0.08 | ps RMS | ||
| 差分編碼 | 0.10 | ps RMS | ||||
| CMRR | 模擬輸入共模抑制比 | 80 | dB | |||
| BW - 3B | 全功率帶寬 | 圖 6 測試電路 | 750 | MHz |
4.3 動態(tài)精度特性
| 在不同輸入頻率下，三款 ADC 的動態(tài)精度表現(xiàn)出色，以下是部分典型數(shù)據(jù)： | 符號 | 參數(shù) | 條件 | LTC2142 - 12 | LTC2141 - 12 | LTC2140 - 12 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SNR | 信噪比 | 5MHz 輸入 | 69.6 至 70.8 | 69.2 至 70.5 | 69.7 至 71 | dBFS | |
| 30MHz 輸入 | 70.8 | 70.5 | 71 | dBFS | |||
| 140MHz 輸入 | 70.5 | 70.2 | 70.7 | dBFS | |||
| SFDR | 無雜散動態(tài)范圍（2 次諧波） | 5MHz 輸入 | 78 至 89 | 80 至 89 | 80 至 89 | dBFS | |
| 30MHz 輸入 | 89 | 89 | 89 | dBFS | |||
| 70MHz 輸入 | 89 | 89 | 89 | dBFS | |||
| 140MHz 輸入 | 84 | 84 | 84 | dBFS | |||
| 無雜散動態(tài)范圍（3 次諧波） | 5MHz 輸入 | 80 至 89 | 80 至 89 | 80 至 89 | dBFS | ||
| 30MHz 輸入 | 89 | 89 | 89 | dBFS | |||
| 70MHz 輸入 | 89 | 89 | 89 | dBFS | |||
| 140MHz 輸入 | 84 | 84 | 84 | dBFS | |||
| 無雜散動態(tài)范圍（4 次及以上諧波） | 5MHz 輸入 | 85 至 95 | 85 至 95 | 85 至 95 | dBFS | ||
| 30MHz 輸入 | 95 | 95 | 95 | dBFS | |||
| 70MHz 輸入 | 95 | 95 | 95 | dBFS | |||
| 140MHz 輸入 | 95 | 95 | 95 | dBFS | |||
| S/(N + D) | 信噪失真比 | 5MHz 輸入 | 69.4 至 70.7 | 69.1 至 70.4 | 69.6 至 70.9 | dBFS | |
| 30MHz 輸入 | 70.7 | 70.4 | 70.9 | dBFS | |||
| 70MHz 輸入 | 70.7 | 70.3 | 70.8 | dBFS | |||
| 140MHz 輸入 | 70.2 | 69.9 | 70.4 | dBFS | |||
| 串擾 | 10MHz 輸入 | - 110 | - 110 | - 110 | dBd |
4.4 內部參考特性
| 參數(shù) | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| VCM 輸出電壓 | IOUT = 0 | 0.5 ? VDD – 25mV | 0.5 ? VDD | 0.5 ? VDD + 25mV | V |
| VCM 輸出溫度漂移 | ±25 | ppm/°C | |||
| VCM 輸出電阻 | –600μA < IOUT < 1mA | 4 | Ω | ||
| VREF 輸出電壓 | IOUT = 0 | 1.225 | 1.250 | 1.275 | V |
| VREF 輸出溫度漂移 | ±25 | ppm/°C | |||
| VREF 輸出電阻 | –400μA < IOUT < 1mA | 7 | Ω | ||
| VREF 線性調整率 | 1.7V < VDD < 1.9V | 0.6 | mV/V |
4.5 數(shù)字輸入輸出特性
數(shù)字輸入輸出特性包括輸入電壓范圍、輸入電阻、輸入電容、輸出電壓和輸出電阻等參數(shù)，這些參數(shù)確保了 ADC 與其他數(shù)字電路之間的良好接口兼容性。例如，在不同的輸出模式下，輸出電壓和輸出電阻會有所不同，用戶可以根據(jù)實際需求進行選擇。
4.6 功率要求
| 不同輸出模式下的功率要求如下： | 模式 | 符號 | 參數(shù) | LTC2142 - 12 | LTC2141 - 12 | LTC2140 - 12 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CMOS 輸出模式 | VDD | 模擬電源電壓 | 1.7 至 1.9 | 1.7 至 1.9 | 1.7 至 1.9 | V | |
| OVDD | 輸出電源電壓 | 1.1 至 1.9 | 1.1 至 1.9 | 1.1 至 1.9 | V | ||
| IlVDD | 模擬電源電流（DC 輸入） | ||||||
| 35.9 至 41 | 26.9 至 32 | mA | |||||
| 正弦波輸入 | 36.2 | 27 | mA | ||||
| loVDD | 數(shù)字電源電流（正弦波輸入，OVDD = 1.2V） | 2.4 | 1.5 | mA | |||
| 功率損耗（正弦波輸入，OVDD = 1.2V） | 68 | 50.4 | mW | ||||
| LVDS 輸出模式 | VDD | 模擬電源電壓 | 1.7 至 1.9 | 1.7 至 1.9 | 1.7 至 1.9 | V | |
| OVDD | 輸出電源電壓 | 1.7 至 1.9 | 1.7 至 1.9 | 1.7 至 1.9 | V | ||
| IlVDD | 模擬電源電流（正弦輸入，1.75mA 模式） | 37.4 | 28.3 | mA | |||
| 正弦輸入，3.5mA 模式 | 38.7 至 45 | 29.5 至 35.5 | mA | ||||
| loVDD | 數(shù)字電源電流（OVDD = 1.8V）（正弦輸入，1.75mA 模式） | 29.6 | 29.3 | mA | |||
| 功率損耗（正弦輸入，1.75mA 模式） | 121 | 104 | mW | ||||
| 正弦輸入，3.5mA 模式 | 172 至 202 | 155 至 185 | mW | ||||
| 所有輸出模式 | PSLEEP | 睡眠模式功率 | 1 | 1 | 1 | mW | |
| PNAP | 小憩模式功率 | 10 | 10 | 10 | mW | ||
| PDIFFCLK | 差分編碼模式啟用時的功率增加（小憩或睡眠模式無增加） | 20 | 20 | 20 | mW |
4.7 時序特性
時序特性包括采樣頻率、ENC 低時間、ENC 高時間、采樣保持采集延遲時間、ENC 到數(shù)據(jù)延遲、ENC 到 CLKOUT 延遲、數(shù)據(jù)到 CLKOUT 偏斜以及流水線延遲等
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