ADS9229双通道、同步采样、16位20MSPS SAR ADC技术手册

ADS922x是16位、高速、双通道、同步采样、模数转换器（ADC）系列，具有用于ADC输入的集成驱动器。集成ADC驱动器简化了信号链，降低了精密应用的功耗，并支持超过1MHz的高频信号。由于不需要外部去耦电容器，集成ADC基准电压缓冲器针对宽带宽应用进行了优化。

ADS922x使用串行LVDS （SLVDS）数据接口，支持高速数字接口，同时最大限度地降低数字开关噪声。使用每个ADC通道的单独SLVDS输出或两个ADC通道的一个SLVDS输出读取双通道ADC数据。
*附件：ads9229.pdf

特性

• 高速采样率：20MSPS/ch
  • ADS9229：20MSPS/通道，230mW/通道
  • ADS9228：10MSPS/通道，146mW/通道
  • ADS9227：5MSPS/通道，95mW/通道
• 2 通道，同时采样
• 功能集成：
  • 集成ADC驱动器
  • 集成精密参考
  • 共模电压输出缓冲器
• 高性能：
  • 16 位无缺失码
  • INL：±0.3LSB，DNL：±0.3LSB
  • 信噪比：93.9dB
• 宽输入带宽 （–3dB）：
  • ADS9229和ADS9228：90MHz
  • ADS9227：45MHz
• 串行LVDS接口：
  • SDR 和 DDR 输出模式
  • 同步时钟和数据输出
• 扩展工作范围：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

一、产品基础信息与核心差异对比

ADS9227、ADS9228、ADS9229 同属 ADS922x 系列，核心架构均为 16 位双通道同步采样 ADC，共享集成驱动、基准等特性，主要差异集中在采样速率与功耗，具体参数对比如下：

参数分类	参数名称	ADS9227	ADS9228	ADS9229	系列共同特性
基础性能	最大采样速率	5MSPS / 通道	10MSPS / 通道	20MSPS / 通道	1. 16 位分辨率无失码，INL±0.3LSB、DNL±0.3LSB（典型值），全温度范围（-40°C 至 125°C）INL 最大 ±0.75LSB2. 集成 ADC 输入驱动，无需外部放大器，支持 AC/DC 耦合差分输入，输入满量程 ±3.2Vpp3. 低噪声：5MHz 输入时 SNR 典型 93.9dBFS，THD 典型 - 120dBc，无杂散动态范围（SFDR）120dB4. 内置 4.096V 精密基准（温度漂移 6-20ppm/°C）与共模电压输出（VCMOUT 典型 2.385-2.460V）5. 串行 LVDS 接口：支持 1 路 / 2 路输出，SDR/DDR 模式，输出帧宽 20/24 位可调6. 集成数据平均（2/4/8/16 倍）、数字下变频器（DDC）与 10 位温度传感器，支持多器件 SPI 菊花链配置
基础性能	典型功耗（满速）	95mW / 通道	146mW / 通道	230mW / 通道
信号处理	模拟输入带宽（-3dB）	45MHz	90MHz	90MHz
信号处理	输入噪声	150Hz 带宽内低噪声，确保弱信号采集精度
电源与电流	AVDD_5V 电流（满速）	20-24mA	33-40mA	55-59mA
电源与电流	VDD_1V8 电流（满速）	50-66mA	70.5-89mA	103-110mA

二、关键功能特性详解

1. 模拟输入与基准电路配置

1.1 模拟输入特性

• 输入范围与阻抗 ：差分输入满量程 3.2Vpp，共模输入电压需匹配 VCMOUT 引脚（0.9-1.0V，典型 0.95V），允许 ±70mV 波动；直流差分输入电阻 8kΩ，输入电容 5.4pF，等效输入网络含 2Ω 与 0.6Ω 匹配电阻及 22pF 采样电容（如图 7-1 等效输入网络所示），适配高频信号。
• 线性度与误差 ：增益误差最大 ±0.05% FSR，温度漂移最大 0.5ppm/°C；失调误差最大 ±10LSB，温度漂移 0.25LSB/°C，宽温域内测量精度稳定；支持增益误差校准（通过寄存器 0x0D、0x33 配置），进一步降低误差。
• 噪声性能 ：5MHz 输入时 THD 典型 - 120dBc，二次 / 三次谐波失真（HD2/HD3）抑制能力强；1MHz 输入时 SNR 仍达 93.3dBFS，适合中高频弱信号采集。

1.2 基准电压配置

• 内部基准 ：默认启用 4.096V 内部基准，需在 REFIO 引脚外接 10μF 陶瓷去耦电容滤除噪声，REFM 引脚接地；基准输出电压范围 4.092V-4.1V，输出阻抗 8Ω，额外消耗 4mA 模拟电流。
• 外部基准 ：可通过寄存器 0xC1（PD_REF=1b）禁用内部基准，在 REFIO 引脚接入 4.096V 外部基准（推荐 REF7040），需同样外接 10μF 去耦电容，外部基准负载电流约 1mA，温度漂移更低，适合超高精度场景。

2. 数据处理与接口功能设计

2.1 数据平均（Decimation）功能

• 平均模式 ：支持 2、4、8、16 倍数据平均，平均使能后输出速率按对应倍数降低（如 ADS9229 用 16 倍平均时，输出速率降至 1.25MSPS / 通道），SNR 随平均倍数提升，16 倍平均时 SNR 达 97dBFS。
• 配置方式 ：需通过多寄存器协同配置，核心寄存器包括 OSR_EN（0x0D [6]，使能平均）、OSR（0x0D [5:2]，选择平均倍数）、OSR_INIT1/2/3（0xC0 [11:10]、0xC4 [5:4]、0xC4 [1]，初始化配置），SMPL_SYNC 引脚可同步多器件平均滤波复位。

2.2 数字下变频器（DDC）

• 核心构成 ：集成 32 位数控振荡器（NCO）与数字混频器，支持 2/4/8/16 倍复抽取，每通道输出 48 位 I/Q 数据（24 位 I+24 位 Q），NCO 为双通道共享，频率范围 - FS/2 至 + FS/2。
• NCO 配置 ：NCO 频率通过寄存器 0xFD/0xFE（NCO_FREQUENCY）配置，公式为fNCO ​ =fSMP L _CLK​**×NCOFREQUENCY ​ /224**；初始相位通过 0xFC/0xFD（NCO_PHASE）配置，支持 0、π、2π 三种相位，可通过 SMPL_SYNC 引脚复位相位。
• 抽取与增益补偿 ：复抽取时信号经混频后幅度衰减 6dB，可通过寄存器 0x26 配置 6dB 数字增益补偿；实抽取（仅低通滤波，无混频）衰减 3dB，支持 3dB 增益补偿，避免 SNR 损失。

2.3 LVDS 数据接口

• 接口模式 ：支持两种输出模式，适配不同数据速率需求：
  • 2 路模式：双通道数据分别从 DOUTA（通道 A）、DOUTB（通道 B）输出，24 位 SDR 时 DCLK 频率 = 12×SMPL_CLK（ADS9229 满速时 DCLK=240MHz）。
  • 1 路模式：双通道数据合并从 DOUTA 输出，24 位 SDR 时 DCLK 频率 = 24×SMPL_CLK（ADS9229 满速时 DCLK=480MHz）。
• 输出格式 ：支持二进制与二进制补码格式（通过 0x0D [13] 配置），输出帧宽 20/24 位可调（20 位含 16 位数据 + 4 位用户自定义位，24 位含 16 位数据 + 8 位用户自定义位），用户自定义位通过寄存器 0x1C 配置。
• 时序特性 ：数据延迟低，2 路模式延迟 2 个时钟周期，1 路模式延迟 1 个时钟周期；LVDS 输出差分电压 200-500mVpp，共模电压 0.88-1.32V，需在接收端接 100Ω 匹配电阻。

3. 特殊功能模块说明

3.1 温度传感器

• 性能指标 ：10 位精度，测量范围覆盖器件工作温度区间（-40°C 至 125°C），需通过固定寄存器序列读取：
  1. 向 Bank1 的 0x90 寄存器写入 0x4000，加载温度数据至 0x91 寄存器；
  2. 读取 Bank1 的 0x91 寄存器，获取 10 位温度数据；
  3. 向 Bank1 的 0x90 寄存器写入 0x0000，完成读取。
• 温度计算 ：通过公式转换为实际温度值，温度漂移小，可用于环境温度监测与精度补偿。

3.2 测试模式

• 模式类型 ：支持三种测试图案，用于接口调试与链路验证：
  1. 固定模式：输出 TP0_A/TP0_B 寄存器（0x14/0x19）定义的固定值；
  2. 数字斜坡：输出随 RAMP_INC_A/RAMP_INC_B（0x13 [7:4]/0x18 [7:4]）配置递增的斜坡信号，递增步长为 N+1（N 为寄存器配置值）；
  3. 交替模式：交替输出 TP0_A/TP1_A、TP0_B/TP1_B 寄存器（0x14/0x15、0x19/0x1A）定义的值。
• 启用方式 ：通过 TP_EN_A/TP_EN_B（0x13 [1]/0x18 [1]，使能测试模式）、TP_MODE_A/TP_MODE_B（0x13 [3:2]/0x18 [3:2]，选择模式类型）配置，无需外部电路即可完成接口验证。

三、电气规格详情（典型值，TA=25°C，AVDD_5V=5V，VDD_1V8=1.8V）

3.1 供电与电流特性

器件型号	AVDD_5V 电流（满速）	AVDD_5V 电流（掉电）	VDD_1V8 电流（满速）	VDD_1V8 电流（掉电）
ADS9227	20-24mA	2mA	50-66mA	2mA
ADS9228	33-40mA	2mA	70.5-89mA	2mA
ADS9229	55-59mA	2mA	103-110mA	2mA

3.2 AC 性能指标（fIN=5MHz，-1dBFS 输入）

AC 性能参数	最小值	典型值	最大值	单位
信噪比（SNR）	92	93.9	-	dBFS
信号噪声失真比（SINAD）	-	93.3	-	dBFS
总谐波失真（THD）	-71.5	-80	-	dBc
二次谐波失真（HD2）	77	-84	-	dBc
三次谐波失真（HD2）	73.5	-84	-	dBc
无杂散动态范围（SFDR）	110	120	-	dB
三阶互调失真（IMD3）	-	-88	-	dBc
模拟输入带宽（-3dB）	-	45（ADS9227）/90（其他）	-	MHz
孔径抖动（差分时钟）	-	0.8	-	psRMS

3.3 数字接口电气特性

接口类型	参数名称	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
LVDS 输出	差分输出电压	RL=100Ω	200	350	500	mVpp
LVDS 输出	输出共模电压	RL=100Ω	0.88	1.1	1.32	V
LVDS 输出	上升 / 下降时间	50Ω 传输线，20mm	-	-	600	ps
CMOS 输入（CS/SCLK/SDI）	低电平输入电压（VIL）	-	-0.1	-	0.5	V
CMOS 输入（CS/SCLK/SDI）	高电平输入电压（VIH）	-	1.3	-	VDD_1V8	V
CMOS 输出（SDO）	低电平输出电压（VOL）	IOL=200μA	0	-	0.4	V
CMOS 输出（SDO）	高电平输出电压（VOH）	IOH=200μA	1.4	-	VDD_1V8	V

四、寄存器配置体系

器件包含 3 个寄存器组（Bank 0/1/2），共定义数十个配置寄存器，关键寄存器功能分类如下：

4.1 Bank 0：基础配置寄存器

寄存器地址	寄存器名称	核心功能	关键字段说明
0x00	复位与 SPI 模式寄存器	器件复位、SPI 模式选择	- RESET（bit0）：1b 时复位所有寄存器，自动清零- SPI_MODE（bit2）：0b 为菊花链模式，1b 为传统模式- SPI_RD_EN（bit1）：1b 时使能寄存器读（仅传统模式）
0x01	菊花链长度寄存器	配置 SPI 菊花链设备数量	- DAISY_CHAIN_LEN（bit6-2）：0=1 个 ADC，31=32 个 ADC
0x03	寄存器组选择寄存器	选择待操作的寄存器组	- REG_BANK_SEL（bit7-0）：0=Bank0，2=Bank1，16=Bank2
0x04	初始化配置寄存器	器件初始化控制	- INIT_1（bit3-0）：初始化时写 1011b，正常运行写 0000b

4.2 Bank 1：功能配置寄存器

寄存器地址	寄存器名称	核心功能	关键字段说明
0x0D	数据格式与平均控制寄存器	数据格式选择、数据平均使能	- DATA_FORMAT（bit13）：0 = 二进制，1 = 二进制补码- OSR_EN（bit6）：1b 使能数据平均- OSR（bit5-2）：0=2 倍平均，3=16 倍平均- GE_CAL_EN1（bit7）：1b 使能增益误差校准
0x12	数据接口配置寄存器	接口模式、数据异或使能	- DATA_LANES（bit2-0）：0=2 路 24 位，2=2 路 20 位，5=1 路 20 位，7=1 路 24 位- XOR_EN（bit3）：1b 使能数据异或（降低地弹噪声）
0x13/0x18	ADC A/B 测试模式寄存器	测试图案控制	- TP_EN_A/B（bit1）：1b 使能测试模式- TP_MODE_A/B（bit3-2）：0 = 固定模式，2 = 斜坡模式，3 = 交替模式- RAMP_INC_A/B（bit7-4）：斜坡递增步长（N+1）
0x90/0x91	温度传感器控制 / 数据寄存器	温度数据读取	- TS_LD（0x90 bit14）：1b 触发温度数据加载- TEMPERATURE_SENSOR（0x91 bit9-0）：10 位温度数据
0xC0	时钟与电源控制寄存器	时钟配置、通道掉电	- OSR_INIT1（bit11-10）：数据平均初始化- OSR_CLK（bit9-7）：平均模式时钟配置- PD_CH（bit1-0）：0 = 正常，1=ADC A 掉电，2=ADC B 掉电，3 = 双路掉电
0xC1	基准与数据速率寄存器	基准选择、数据速率	- PD_REF（bit11）：1b 禁用内部基准- DATA_RATE（bit8）：0=DDR 模式，1=SDR 模式- CLK2（bit0）：接口时钟配置
0xFB	DDC 与异或模式寄存器	DDC 使能、异或模式	- MIXER_EN（bit0）：1b 使能 DDC- XOR_MODE（bit2）：0=PRBS 异或，1=LSB 异或- NCO_SYSREF（bit3）：1b 支持 SMPL_SYNC 周期脉冲同步

五、应用设计与布局建议

5.1 典型应用场景

该系列 ADC 主要面向中高频高精度数据采集，具体场景包括：

• 工业测试设备 ：功率分析仪、源测量单元（SMU）、直流电源 / 交流源 / 电子负载。
• 运动控制 ：伺服驱动器位置反馈、 marine 设备（船用监测系统）。
• 医疗与仪器 ：需中高频信号采集的诊断设备（非直接人体接触类）。

5.1.1 不同带宽 DAQ 电路设计

应用场景	输入带宽	核心驱动器件	关键参数	电路特点
低频测量	≤20kHz	THS4552（双通道全差分放大器）	SNR≥92dB，THD≤-110dB	放大器输出端串联 270pF 电容与 ADC 输入匹配，RFB=1kΩ（增益 1）或 4.02kΩ（增益 4），VCM 端接 ADC 的 VCMOUT 引脚
中频测量	≤100kHz	THS4552	SNR≥91dB，THD≤-110dB	新增 47pF 补偿电容优化高频性能，ADC 输入端保留 270pF 匹配电容
高频测量	≤1MHz	THS4541（850MHz 带宽全差分放大器）	SNR≥80dB，THD≤-100dB	添加 22pF 匹配电容与 50Ω 终端电阻，抑制高频反射，适配 ADC 90MHz 输入带宽

5.2 电源与布局设计要点

5.2.1 电源去耦设计

• 供电体系 ：需双电源供电，模拟电源（AVDD_5V）4.5-5.5V（ADS9227）、4.75-5.25V（其他型号），为 ADC 驱动供电；数字电源（VDD_1V8）1.75-1.85V，为 LVDS 接口与数字电路供电，无上电顺序要求。
• 去耦配置 ：AVDD_5V 与 VDD_1V8 引脚均需并联 1μF+0.1μF 陶瓷电容，且靠近引脚布局，避免过孔；REFIO 引脚外接 10μF 去耦电容，REFM 直接接地，降低基准噪声。

5.2.2 PCB 布局准则

• 分区布局 ：将模拟部分（AINx、REFIO、VCMOUT）与数字部分（LVDS 接口、SPI 接口）严格分区，模拟信号路径避免穿越数字区域，减少 EMI 干扰。
• 差分对布线 ：模拟输入（AINAP/AINAM、AINBP/AINBM）与 LVDS 差分对（如 DCLKP/DCLKM、DOUTAP/DOUTAM）需等长布线，长度差≤5mil，特性阻抗 100Ω，远离电源噪声源。
• 接地处理 ：暴露热焊盘（Thermal Pad）必须接地，GND 与 REFM 单点连接，采用独立接地平面；电源平面与接地平面紧密耦合，降低电源噪声。

六、封装与订购信息

6.1 封装规格

• 封装类型 ：40 引脚 VQFN（型号 RHA），尺寸 6mm×6mm，引脚间距 0.5mm，最大高度 1mm，暴露热焊盘（面积约 4.5mm×4.5mm）用于散热，热阻参数：RθJA=25.8°C/W，RθJB=7.5°C/W。
• 焊接要求 ：MSL 等级 3（260°C 峰值回流，168 小时湿敏存储），推荐焊盘直径 0.4mm，钢网厚度 0.125mm，热焊盘焊接覆盖率≥70%，确保散热效率。