ADS54J20 双通道 12 位 1.0-GSPS ADC 核心信息总结

该ADS54J20是一款低功耗、宽带宽、12位、1.0GSPS、双通道模数转换器（ADC）。该器件专为高信噪比（SNR）而设计，可提供–157 dBFS/Hz的本底噪声，适用于在宽瞬时带宽下实现最高动态范围的应用。该器件支持数据速率高达10 Gbps的JESD204B串行接口，每个ADC支持两个或四个通道。缓冲模拟输入在宽频率范围内提供均匀的输入阻抗，并最大限度地减少采样保持毛刺能量。可选地，每个ADC通道都可以连接到宽带数字下变频器（DDC）模块。该ADS54J20在大输入频率范围内以极低的功耗提供出色的无杂散动态范围（SFDR）。

JESD204B接口减少了接口线的数量，从而实现了高系统集成密度。内部锁相环（PLL）将ADC采样时钟相乘，以得出用于序列化每个通道的12位数据的位时钟。
*附件：ads54j20.pdf

特性

• 12位分辨率、双通道、1GSPS ADC
• 本底噪声：–157 dBFS/Hz
• 光谱性能 （f 在 = 170 MHz，–1 dBFS）：
  • 信噪比：67.8 dBFS
  • NSD：–155 dBFS/Hz
  • SFDR：86 dBc（包括交错音调）
  • SFDR：89 dBc（HD2、HD3 和交错音除外）
• 光谱性能 （f 在 = 350 MHz，–1 dBFS）：
  • 信噪比：65.6 dBFS
  • NSD：–152.6 dBFS/Hz
  • SFDR：75 dBc
  • SFDR：85 dBc（HD2、HD3 和交错音调除外）
• 信道隔离：100 dBc（f 在 = 170兆赫
• 输入满量程：1.9 V聚丙烯
• 输入带宽 （3 dB）：1.2 GHz
• 片上抖动
• 集成宽带 DDC 模块
• JESD204B 支持子类 1 的接口：
  • 每个ADC2通道，10.0 Gbps
  • 每个 ADC 4 通道，频率为 5.0 Gbps
  • 支持多芯片同步
• 功耗：1.35 GSPS 时为 1 W/Ch
• 封装：72引脚VQFNP（10 mm×10 mm）

参数

方框图

ADS54J20 是德州仪器推出的低功耗、宽带宽双通道 12 位模数转换器（ADC），采样速率高达 1.0 GSPS，集成数字下变频器（DDC）与 JESD204B 串行接口（子类 1），采用 72 引脚 VQFNP 封装（10 mm×10 mm），兼具高动态范围、低噪声与多芯片同步特性，适配雷达与天线阵列、宽带无线通信、电缆调制解调器终端系统（CMTS）、通信测试设备、软件无线电（SDR）、数字化仪及医疗影像诊断等高端高速数据采集场景。

一、核心特性与关键参数

1. 基础性能

• 分辨率与采样：12 位分辨率，双通道同步采样，采样速率范围 250 MSPS 至 1.0 GSPS，输入满量程电压 1.9 Vpp，输入带宽（3 dB）达 1.2 GHz，支持宽频信号采集。
• 精度与动态性能：噪声基底 - 157 dBFS/Hz，170 MHz 输入时 SNR 达 67.8 dBFS、SFDR 86 dBc（含交织杂波）/89 dBc（不含二次 / 三次谐波及交织杂波）；350 MHz 输入时 SNR 65.6 dBFS、SFDR 75 dBc/85 dBc；通道隔离度 100 dBc（170 MHz 时），非线性失真低（THD 在 170 MHz 时 81 dBc）。
• 时序特性：孔径延迟 0.75 ns-1.6 ns，通道间孔径延迟匹配 ±70 ps，孔径抖动 120 fs rms；数据延迟 134 个输入时钟周期，快速过范围（FOVR）响应 latency 18 个时钟周期 + 4 ns，时序精度优异。

2. 核心功能

• 集成 DDC 模块：支持 2 倍 / 4 倍抽取滤波，提供低通、高通、带通及 IQ 输出多种滤波模式，可灵活优化不同频率范围的信噪比与动态范围。
• JESD204B 接口：支持 2 路（10 Gbps / 路）或 4 路（5 Gbps / 路）串行 lanes，支持多芯片同步；内置 8b/10b 编码、数据加扰与初始通道对齐功能，减少接口布线复杂度，提升系统集成密度。
• 灵活控制特性：支持 SPI 接口配置（最高 2 MHz），提供过范围指示（可配置阈值）、可编程数字增益、多模式掉电等功能；内置抖动功能，优化频谱性能。

3. 功耗与可靠性

• 功耗特性：1.0 GSPS 时每通道功耗 1.35 W，总功耗约 2.66 W-3.1 W（随 lanes 配置变化）；全局掉电模式功耗低至 139 mW-315 mW，功耗可控性强。
• 工作条件：模拟电源 AVDD（1.9 V）、AVDD3V（3.0 V），数字电源 DVDD（1.9 V）、IOVDD（1.15 V）；工作温度 - 40°C 至 + 85°C，结温最高 125°C；ESD 防护 ±1000 V（人体模型）、±500 V（器件充电模型），抗干扰能力强。
• 封装与热性能：72 引脚 VQFNP 封装，结到环境热阻 22.3 °C/W，结到板热阻 2.4 °C/W，散热性能优异，适配高密度 PCB 设计。

二、产品核心功能解析

1. 模拟输入与信号调理

• 输入配置：差分输入设计，内部通过 600 Ω 电阻将输入共模电压偏置至 2.1 V（VCM 引脚），支持交流耦合输入；输入阻抗在 170 MHz 时约 0.6 kΩ，输入电容 4.7 pF，需搭配低噪声驱动电路以保障性能。
• 抗干扰设计：内置模拟缓冲器，隔离采样电路与外部驱动源，减少采样毛刺对前端电路的影响；共模抑制比（CMRR）与电源抑制比（PSRR）优异，降低噪声与干扰耦合。

2. DDC 与数字信号处理

• 抽取滤波：2 倍抽取滤波（41 抽头，阻带衰减 90 dB）、4 倍抽取带通滤波（中心频率可编程）及 4 倍抽取 IQ 输出滤波（固定 fS/4 混频，阻带衰减 90 dB），可根据应用场景灵活选择。
• 数据格式：支持二进制补码与偏移二进制输出格式，12 位数据经 4 位 LSB 填充后以 16 位形式传输，适配 JESD204B 帧结构。

3. JESD204B 接口与同步

• 接口配置：支持 LMFS（Lane/Converter/Frame/Sample）多种组合，如 8224（8 lanes/2 转换器 / 2 octets/4 samples）、4211（4 lanes/2 转换器 / 1 octet/1 sample）等，适配不同数据速率需求。
• 多芯片同步：通过 SYSREF 信号实现多器件时序对齐，支持子类 1 确定性延迟，满足雷达、天线阵列等多通道同步采集场景。

三、应用场景

适用于对采样速率、带宽、动态范围要求严苛的高端高速数据采集系统，包括雷达信号处理、宽带无线通信接收、电缆 DOCSIS 3.1 接收机、高频信号测试设备、软件无线电（SDR）前端、高精度数字化仪及医疗影像（如 CT、MRI）数据采集等场景。

四、设计与使用建议

1. 电源与时钟

• 电源设计：严格遵循供电时序（IOVDD 先于 DVDD 上电），各电源引脚就近配置 0.1 µF 陶瓷去耦电容，电源平面需分离模拟地与数字地，单点连接以降低噪声耦合。
• 时钟配置：输入时钟支持正弦波、LVPECL、LVDS 格式（差分幅度 0.7 Vpp-1.6 Vpp），占空比 45%-55%；推荐使用低抖动时钟源（如 OCXO），并添加带通滤波电路，减少时钟噪声对采样精度的影响。

2. 输入与布局

• 输入驱动：采用差分驱动电路（如高速运放 OPA847），输入信号通过交流耦合电容连接 ADC，串联 5 Ω-10 Ω 电阻抑制封装寄生引起的振铃；避免输入信号超过绝对最大额定值（AGND-0.3 V 至 AVDD+0.3 V）。
• 布局规范：模拟输入迹线远离数字输出迹线，避免平行布线；采样时钟迹线与模拟输入迹线垂直布置，减少耦合；JESD204B 接口迹线长度匹配，降低 skew；热焊盘需接地以优化散热。

3. 接口与同步

• JESD204B 配置：根据数据速率选择 lanes 数量（2 路 / 4 路），配置 LMFS 参数与帧结构，确保与后端 FPGA/ASIC 的接口匹配；启用数据加扰功能提升传输可靠性。
• 多芯片同步：SYSREF 信号需为本地多帧时钟（LMFC）的子谐波（1 MHz-5 MHz），通过 SYNC 引脚实现初始通道对齐，保障多 ADC 模块时序同步。

五、封装与订购信息

• 封装规格：72 引脚 VQFNP（RMP 封装），尺寸 10.0 mm×10.0 mm，引脚间距 0.5 mm，热焊盘需焊接至 PCB 以保障热性能与机械稳定性。
• 订购型号：批量供应型号如 ADS54J20IRMP（168 个 / 托盘）、ADS54J20IRMPT（250 个 / 小卷带），符合 RoHS 标准，引脚镀层为 NIPDAU，MSL 等级 3（168 小时），峰值回流温度 260°C。

六、关键设计要点

• 噪声优化：前端电路选用低噪声器件，电源采用线性稳压器（LDO）或低噪声 DC-DC 转换器，减少电源噪声；输入链路匹配阻抗，避免信号反射。
• 掉电管理：闲置通道可通过 SPI 配置单独掉电，全局掉电模式适用于低功耗待机场景，唤醒时间 150 µs，需预留足够启动时间。
• 寄存器配置：通过 SPI 接口配置 DDC 滤波模式、JESD204B 参数、过范围阈值等，配置后需脉冲复位使设置生效；建议遵循官方上电初始化序列，确保器件稳定工作。