‌Texas Instruments ADC368x系列：低噪声、低功耗18位高速ADC的技术解析

Texas Instruments ADC368x低噪声低功耗模数转换器 (ADC) 是低噪声、超低功耗18位65MSPS高速双通道ADC系列。它设计用于实现低噪声性能，噪声频谱密度为-160dBFS/Hz，具有出色的线性度和动态范围。ADC368x具有出色的直流精度和IF采样支持，因此适合用于各种应用。仅一个时钟周期的短延迟对高速控制环路有益。该ADC在65MSPS时仅消耗94mW，其耗随采样速率降低。

数据手册：*附件：Texas Instruments ADC368x低噪声低功耗ADC数据手册.pdf

Texas Instruments ADC368x使用串行LVDS (SLVDS) 接口输出数据，从而最大限度地减少数字互连数量。该器件支持双通道、单通道和半通道选项。ADC368x是引脚对引脚兼容系列，具有16位和18位分辨率和不同速度等级。它采用40引脚QFN封装 (5mm x 5mm)，支持-40⁰C至+105⁰C扩展工业温度范围。

特性

• 双通道ADC
• 18位10、25、65MSPS ADC
• 噪声本底：-160dBFS/Hz
• 低功耗和优化的功率调节：53mW/ch (10MSPS) 至94mW/ch (65MSPS)
• 1-2个时钟周期延迟
• 18位，无失码
• INL/DNL：±7/±0.7LSB（典型值）
• 基准（外部或内部）
• 900MHz (3dB) 输入带宽
• 工业温度范围：-40°C至+105°C
• 片上数字滤波器（可选）
  • 抽取2、4、8、16、32
  • 32位NCO
• 串行LVDS数字接口（2线、1线和1/2线）
• 40-QFN (5mm x 5mm) 小尺寸封装
• 频谱性能 (f IN =5MHz)
  • SNR：83.8dBFS
  • SFDR：89dBc HD2、HD3
  • SFDR：101dBFS最差杂散
• 频谱性能 (f IN =20MHz)
  • SNR：82.6dBFS
  • SFDR：85dBc HD2、HD3
  • SFDR：97dBFS最差杂散

功能框图

Texas Instruments ADC368x系列：低噪声、低功耗18位高速ADC的技术解析‌

‌引言‌
Texas Instruments的ADC368x系列（包括ADC3681/82/83）是专为高精度数据采集设计的18位高速模数转换器（ADC），具有超低噪声（-160 dBFS/Hz）和超低功耗特性（10 MSPS时仅53 mW/通道）。该系列支持0.5至65 MSPS的采样率，适用于工业监控、频谱分析、雷达和通信基础设施等应用。本文将基于数据手册深入解析其关键特性、工作原理及设计要点。

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‌一、核心特性‌

1. ‌高性能参数‌
   • ‌分辨率与线性度‌：18位无失码，典型DNL/INL为±0.7 LSB/±7 LSB。
   • ‌动态性能‌：
     • SNR达83.8 dBFS（5 MHz输入），SFDR达101 dBFS（无谐波干扰）。
     • 输入带宽900 MHz（-3 dB），支持高频信号直接采样。
   • ‌低功耗‌：功耗随采样率动态调整，65 MSPS时仅94 mW/通道。
2. ‌灵活配置选项‌
   • ‌多通道与接口‌：双通道设计，支持2/1/0.5线串行LVDS（SLVDS）输出，最小化数字接口数量。
   • ‌数字滤波‌：可选数字下变频（DDC）模块，支持2/4/8/16/32倍实数或复数抽取，集成32位NCO。
3. ‌鲁棒性设计‌
   • 工业级温度范围（-40°C至+105°C），40引脚QFN封装（5×5 mm）。

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‌二、关键功能模块解析‌

1. ‌模拟前端设计‌
   • ‌输入结构‌：差分输入需外部提供0.95 V共模电压，支持AC/DC耦合。建议配置无源滤波网络（如33 Ω电阻+180 nH电感）以优化SNR和HD3性能。
   • ‌带宽与噪声‌：等效输入噪声密度低至-160 dBFS/Hz，适合微弱信号采集。
2. ‌时钟与参考电路‌
   • ‌时钟要求‌：支持差分或单端时钟输入（推荐差分以降低抖动），典型孔径抖动180 fs。
   • ‌参考电压选项‌：
     • 内部1.6 V参考（默认）
     • 外部1.6 V或1.2 V（通过内部缓冲增益至1.6 V）
3. ‌数字处理单元‌
   • ‌DDC与NCO‌：复数模式下支持频率搬移（±FS/2范围），滤波后输出带宽达80% Nyquist区域。
   • ‌输出格式化‌：支持14/16/18/20位分辨率，可配置为二进制补码或偏移二进制格式。

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‌三、典型应用设计指南‌

1. ‌电源与PCB布局‌
   • ‌电源架构‌：建议采用LDO后级稳压（如TPS7A4701）降低开关噪声，AVDD与IOVDD需独立供电。
   • ‌关键布局‌：
     • 差分信号走线严格等长，参考电压旁路电容（10 μF+0.1 μF）需贴近引脚。
     • 热焊盘必须焊接至PCB以优化散热。
2. ‌接口与同步‌
   • ‌SLVDS接口‌：需匹配100 Ω终端电阻，数据速率最高达1 Gbps（2线模式）。
   • ‌多器件同步‌：通过SYNC引脚或SPI命令实现采样时钟对齐，适用于多通道系统。
3. ‌性能优化技巧‌
   • 启用自动归零（Auto-Zero）功能可改善低频噪声（1/f噪声）。
   • 在低频应用（<40 MSPS）中关闭DLL以延长采样时间（TS/2），提升SNR。

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‌四、应用场景实例‌

• ‌频谱分析仪‌：利用65 MSPS采样率和DDC的复数抽取功能，直接中频采样后可降低后端处理负担。
• ‌工业传感器接口‌：18位精度结合53 mW低功耗，适合分布式传感器网络。

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