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CMOS模数转换器ADC10065的工作原理和应用电路分析

2020年07月20日 09:26 次阅读

1、ADC10065的主要特点

ADC10065是美国国家半导体公司推出的一款低功耗、单电源供电的CMOS 模数转换器。该芯片在3V单电源供电时,能以65MSPS的采样速率将模拟信号转为精确的10 位数字信号,而功耗仅为68.4mW,其备用模式时的功耗仅为14.1mW。ADC10065片内采用具有数据纠错功能的差分总线结构。因而可在最小的功耗条件下提供极优秀的动态性能。该器件可广泛应用于超声波和图像采集、蜂窝基站/通信接收机、声纳/雷达、xDSL、无线局域网、数据采集系统以及DSP 前端。

ADC10065的主要特性如下:

●3V单电源供电;

●满标度输入摆幅可在2.0 Vp-p,1.5 Vp-p,0或 1.0 Vp-p四种输入信号中选择;

●具有400MHz-3dB的输入频宽;

●具有静态工作模式;

●带有片内基准源和采样保持放大电路

●具有二进制补码数据格式输出;

●可调整的输出驱动适合2.5V和3.3V系列的逻辑器件接口

下面是ADC10065的主要参数:

●分辨率:10Bits;

●转换速率:65MSPS;

●FPBW(全功率带宽):400MHz?

●DNL(差分非线性):±0.3 LSB;

●SNR(信噪比fIN=32MHz) :59.3dB ;

●SFDR(无差错动态范围fIN=32MHz时):-80dB;

●数据延迟:6个时钟周期;

●参考电压:+3.0V;

●65MHz时的功耗为:68.4mW。

2、引脚功能

CMOS模数转换器ADC10065的工作原理和应用电路分析

图1为ADC10065的引脚排列,该器件采用28脚TSSOP封装,各引脚的基本功能如下(括号中为引脚号):

VIN-,VIN+(12,13):模拟信号输入端。在1.2V参考电压下,满标度输入摆幅为1.0Vp-p。单端操作时,VIN+可与VCOM连接。

VREF(6):参考电压(1.5V)引脚,使用时应通过一个1μF的旁路电容连接到VSSA。

VREFT,VCOM,VREFB(7,4,8):VREFT和VREFB仅为高阻抗参考旁路管脚,而VCOM则可用作设置输入公用电压VCM,这三个引脚都应当连接0.1μF的旁路电容。

CLK(1):数字时钟输入端。输入频率范围为10MHz~65MHz,输入在时钟的上升沿有效。

DF(15):该引脚为高电平时,输出为二进制补码,该脚低电平时,输出为偏移二进制码。

STBY(28):静态备用模式管脚。高电平时,该器件转到备用模式。

IRS(5):输入范围选择管脚。该脚接VDDA时, 满标度输入摆幅为2VP-P,接VSSA时为1.5VP-P,悬空时为1VP-P。

D0~D9(16~20,23~27):数据输出端。D0是二进制输出数据的最低有效位,D9是最高有效位。

VDDA(2,9,10):模拟电源正极。需与一个3V的直流电源相连并连接一0.1μF的旁路电容到模拟地。电容应紧靠这些引脚,距离不超过1cm处。同时还应并联一4.7μF的电容到模拟地。

VSSA(3,11,14):模拟地。

VDDIO(22):数字电源正端。该脚也应用一个0.1μF的电容旁路到数字地同时用一个4.7μF的电容并联到数字地。该管脚上的电压不能超过VDDA电压300mV以上。

VSSIO(21):数字地。使用时应与数字地相连并远离模拟地。

3、工作原理

图2为ADC10065的内部结构框图。

该器件由采样保持、九级差分电路、时钟控制、数字纠错、带隙精密电源、输出缓冲和管状数据线等七部分组成。根据IRS的状态不同,差分输入端可选择峰峰值为1V、1.5V或2V的模拟信号,其中心值在VCM/2,相位差为180°,但是,差分输入方式可使系统获得较好的性能。芯片内部唯一的一个采样保持级可提供400MHz的全功耗带宽,数字纠错的多级差分电路则可保证在提供优异动态性能的同时具有较低的功耗。ADC10065内部的+1.2V精密基准电源可用来设置该芯片的输入信号峰值范围。在精度要求较高时,也可以使用外部参考电源。其10位数字输出格式即可以是偏移二进制码,也可以是二进制补码。

图3给出了ADC10065的传输特性。

4、应用电路

图4所示是ADC10065的典型差分输入应用电路。图中,ADC10065的两个模拟信号输入端VIN+,VIN-形成差分输入对,公用模式脚VCOM用来设置共用输入电压VCM。ADC10065的工作参考电压为1.2V,但在0.8~2.0V时仍有优异性能,较低的电压可以降低信噪比,三个旁路引脚VREF、VREFT、VREFB上的0.1μF电容主要用来降低噪声电流。由于模拟输入端内部的开关动作会消耗一定的能量,同时会附加一定的噪声信号,因此,应在每一输入端串接一18Ω电阻,同时跨接一25pF电容,这些元件应尽量放置在靠近芯片的位置,输入端是系统最敏感的部位,同时也是滤波的最后机会。

由于CLK信号用于控制采样过程,因此,该信号应稳定、低抖动,范围应在10MHz~65MHz、上升/下降时间应小于2ns,其引线应尽可能短,不能跨越任何引线,特别不能有90°跨越。CLK信号有时也驱动片内状态机,如果它中断或频率太低,芯片内电容的电荷将放电从而可能引起输出数据精度的降低。CLK的占空比对A/D转换器性能影响也很大,一般要求40%~60%,最好为50%。

ADC010065有10位与TTL/CMOS兼容的输出端,捕捉一位有效数据的简单方式就是在时钟的上升沿锁存数据。当驱动高电容总线时,要特别小心,由于电容的充电效应,驱动的电容越大,瞬间通过VDDIO、VSSIO的电流越大,这个充电尖峰脉冲可引起片内噪声,并可能耦合模拟电路,以至于降低芯片的动态性能。另外,总线电容也可引起输出延迟时间的增加,从而使得输出数据的锁存变的困难。为了减小噪声,必须最小化数据输出端的负载电流。为此,可在ADC输出和外接的其它电路之间加一级数据缓冲器。

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