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超低功耗高性能ADC技术解析:TI ADC354x系列在工业与通信中的应用

科技观察员 2025-09-16 11:35 次阅读
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Texas Instruments ADC354x低噪声超低功耗模数转换器 (ADC) 是低噪声、超低功耗、14位、10至65MSPS高速ADC。这些器件设计用于实现低功耗,具有–155dBFS/Hz噪声频谱密度。ADC354x具有出色的直流精度和IF采样支持,因此非常适合用于各种应用。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79mW,并且随采样速率降低,功耗变化非常好。

数据手册:*附件:Texas Instruments ADC354x低噪声超低功耗ADC数据手册.pdf

Texas Instruments ADC354x使用SDR、DDR或串行CMOS接口来输出数据,具有最低功耗的数字接口和灵活性,可最大限度地减少数字互连数量。这些器件是引脚对引脚兼容系列,具有不同速度等级。这些器件支持扩展工业温度范围:−40°C至+105°C。

特性

  • 14位10/25/65MSPS ADC
  • 噪声基底:-155dBFS/Hz
  • 超低功耗,优化功率调节[35mW(10MSPS)至84mW(65MSPS)]
  • 1个时钟周期延迟
  • INL:±0.6LSB;DNL:±0.1LSB
  • 外部或内部基准
  • 900MHz (3dB) 输入带宽
  • -40°C至+105°C工业温度范围
  • 片上数字滤波器(可选)
    • 抽取2、4、8、16、32
    • 32位NCO
  • SDR/DDR和串行CMOS接口
  • 40-WQFN (5mm × 5mm) 封装,小占位面积
  • 1.8V单电源
  • 频谱性能 (fIN = 10 MHz)
    • SNR:79.0dBFS
    • SFDR:87dBc HD2、HD3
    • SFDR:99dBFS最差杂散
  • 频谱性能 (f IN =64MHz):
    • SNR:78.0dBFS
    • SFDR:70dBc HD2、HD3
    • SFDR:91dBFS最差杂散

功能框图

1.png

超低功耗高性能ADC技术解析:TI ADC354x系列在工业与通信中的应用

一、ADC354x系列产品概述

Texas Instruments推出的ADC3541、ADC3542和ADC3543(ADC354x)系列是14位分辨率、采样率从10MSPS到65MSPS的高速模数转换器,代表了当前低功耗高性能ADC的技术前沿。该系列专为‌超低功耗‌设计,噪声谱密度低至-155dBFS/Hz,在工业监控、通信基础设施和高速控制环路等应用中表现出色。

该系列产品采用‌单1.8V供电‌,功耗表现优异:从10MSPS时的35mW到65MSPS时的84mW,功率随采样率降低而显著下降。所有器件采用5mm×5mm的40引脚WQFN封装,支持-40°C至+105°C的工业温度范围。

二、核心技术创新与性能特点

1. 突破性的噪声性能

ADC354x系列实现了-155dBFS/Hz的噪声基底,这一指标在同类14位ADC中处于领先地位。在10MHz输入信号时,信噪比(SNR)达到79.0dBFS,无杂散动态范围(SFDR)为87dBc(HD2/HD3);即使在64MHz高频输入时,仍能保持78.0dBFS的SNR和70dBc的SFDR。

2. 超低延迟架构

该系列采用创新架构实现了仅‌1个时钟周期‌的转换延迟,使其特别适合需要快速响应的应用场景,如:

  • 电机控制环路
  • 实时电力质量分析
  • 雷达信号处理
  • 高速数据采集系统

3. 灵活的接口设计

ADC354x提供三种数字接口选项:

  1. 单数据速率(SDR)CMOS接口
  2. 双数据速率(DDR)CMOS接口
  3. 串行CMOS接口

这种设计既满足了高速数据传输需求,又能通过串行接口减少PCB布线复杂度,为系统设计提供了极大灵活性。

三、关键参数与技术规格

1. 直流精度

  • 积分非线性(INL) ‌:±0.6LSB
  • 差分非线性(DNL) ‌:±0.1LSB
  • 输入带宽‌:900MHz(-3dB)

2. 参考电压设计

支持‌内部和外部参考‌电压模式,内部集成1.2V参考电压缓冲器(REFBUF),简化了系统设计并提高了稳定性。

3. 可选数字滤波器

集成可编程数字下变频器(DDC),支持:

这一特性使其特别适合软件定义无线电(SDR)和频谱分析等需要数字信号处理的应用。

四、系列产品对比与选型指南

型号分辨率最大采样率典型功耗主要应用场景
ADC354114位10MSPS35mW低速工业监控、便携设备
ADC354214位25MSPS待补充中速数据采集、电力分析
ADC354314位65MSPS79mW通信基础设施、雷达
ADC354414位125MSPS待补充高速信号处理、高级成像

表:ADC354x系列产品对比表

五、典型应用方案

1. 工业监控系统

在工业4.0背景下,ADC354x系列的低功耗和高精度特性使其成为以下应用的理想选择:

  • 振动监测‌:精确捕捉机械振动频谱
  • 温度测量‌:高精度热电偶/RTD信号采集
  • 过程控制‌:快速闭环控制系统

2. 通信基础设施

凭借900MHz的输入带宽和优秀的动态性能,该系列可支持:

  • 5G小基站射频数字化
  • 软件定义无线电‌的中频采样
  • 微波回传‌系统的信号处理

3. 智能电网与电力分析

数字滤波器和NCO功能使其能精确分析:

  • 电力谐波失真
  • 瞬态电压波动
  • 电能质量参数

六、设计考虑与优化建议

  1. 电源设计‌:建议使用低噪声LDO模拟和数字部分分别供电,注意去耦电容的布局
  2. 时钟质量‌:使用低抖动时钟源,时钟抖动直接影响高频性能
  3. PCB布局‌:
    • 保持模拟和数字地分离
    • 缩短模拟输入走线长度
    • 避免数字信号对模拟部分的干扰
  4. 热管理‌:虽然功耗低,但在高温环境下仍需考虑散热设计
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