LM98640QML-SP 抗辐射双通道 14 位高速模拟前端（AFE）总结

LM98640QML-SP是一款全集成的高性能14位、5MSPS至40MSPS信号处理解决方案。串行LVDS输出格式在单事件暴露时表现良好，防止数据丢失。LM98640QML-SP具备自适应功率缩放功能，可根据工作频率和所需增益量优化功耗。高速信号吞吐量通过创新架构实现，采用相关双采样（CDS）技术，通常用于CCD阵列，或采样保持（S/H）输入（适用于CIS和CMOS图像传感器）。采样边缘可编程为像素周期的1/64分辨率。CDS和S/H的可编程增益均为0 dB或6 dB。信号路径采用两个±8位偏移校正DAC进行粗误和细偏移校正，以及可为每个输入独立编程的8位可编程增益放大器（PGA）。信号随后被路由到两个片上14位40 MHz高性能模数转换器（ADC）。全差分处理通道具有卓越的抗噪能力，在1倍增益下噪声底噪声极低，仅为–79 dB。
*附件：lm98640qml-sp.pdf

特性

• 辐射硬化
  • TID 100 krad（Si）
  • 单事件锁定（SEL）免疫于LET = 120 MeV-cm ^2^ /毫克
  • 单事件功能中断（SEFI）自由至120 MeV-cm ^2^ /毫克
  • SMD 5962R1820301VXC
• ADC分辨率：14位
• ADC采样率：5 MSPS 至 40 MSPS
• 输入电平：2.85 V
• 供电电压：3.3 V和1.8 V（标称）
  • 每个信道125毫瓦，15 MSPS
  • 每信道178毫瓦，40 MSPS
• CCD或CIS传感器的CDS或S/H处理
  • CDS或S/H增益0 dB或6 dB
• 每个通道的可编程模拟增益
  • 256级台阶;范围为–3 dB至18 dB
• 可编程模拟偏移校正
  • 细和粗DAC分辨率±8位
  • 细DAC范围±5 mV
  • 粗DAC范围±250 mV
• 可编程输入钳位电压
• 可编程采样边缘：1/64像素周期
• 15 MHz 的 INL：±3.5 LSB
• 噪声底：–79 dB
• 串扰：–80 dB
• 工作温度：–55°C至125°C

参数

方框图

LM98640QML-SP 是德州仪器（TI）推出的抗辐射加固型双通道 14 位模拟前端，核心优势为 5 MSPS~40 MSPS 可调采样率、集成相关双采样（CDS）/ 采样保持（S/H）电路、可编程增益与偏移校正，搭配 LVDS 抗干扰输出，符合航天级辐射要求，是卫星成像、空间科学等极端环境下高精度信号采集的核心方案。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 分辨率与采样率 ：14 位分辨率，采样率 5 MSPS~40 MSPS 连续可调，双通道同步采样，无失码输出。
• 动态性能 ：无杂散动态范围（SFDR）60 dBc76 dBc，信噪比（SNR）62 dB68.5 dB；总谐波失真（THD）-60 dBc~-75 dBc，噪声底 - 79 dB，信号纯净度高。
• 增益与偏移 ：可编程增益范围 - 3 dB~18 dB（8 位分辨率，256 级步进）；每通道含 ±8 位粗 / 细偏移 DAC，粗调范围 ±250 mV，细调范围 ±5 mV，校正精度高。
• 静态精度 ：微分非线性（DNL）±1.53 LSB，积分非线性（INL）±7.34 LSB；通道间增益匹配≥94%，一致性优异。

2. 环境与封装

• 工作温度：-55°C~125°C（宽温工业级），适配空间极端温度环境；
• 封装形式：68 引脚陶瓷 QFP（CFP/NBB），带裸露热焊盘，RoHS 兼容，MSL 等级 1；
• 辐射防护：总电离剂量（TID）100 krad (Si)，单粒子锁定（SEL）免疫 LET=120 MeV-cm²/mg，无单粒子功能中断（SEFI）；
• 功耗：双通道工作时功耗 178 mW / 通道（40 MSPS）、125 mW / 通道（15 MSPS），支持单通道关断节能，功耗随采样率自适应缩放。

二、关键功能特性

1. 信号采样与优化

• 双采样模式：支持 CDS 模式（抑制复位噪声，适配 CCD 传感器）与 S/H 模式（适配 CIS/CMOS 图像传感器），采样边缘可编程至 1/64 像素周期精度。
• 输入调理：集成可编程钳位电压（VCLP）电路，范围 200 mV~3.1 V；输入偏置电流低，CDS 模式下仅 300 nA，适合高阻抗传感器。
• 抗干扰设计：全差分信号路径，电源抑制比（PSRR）-66 dB -72 dB，通道间串扰 - 74 dB -80 dB，抑制共模干扰与串扰。

2. 接口与控制

• 输出接口：LVDS 串行输出，支持双通道（16 倍像素时钟速率）与四通道（8 倍像素时钟速率）模式，差分输出电压 250 mV~400 mV 可调，抗辐射干扰。
• 串行控制：SPI 兼容接口（SCLK/SEN/SDI/SDO），支持寄存器配置增益、采样模式、偏移校正等参数，支持多器件级联。
• 测试模式：内置固定码、梯度、晶格等 LVDS 测试图案，便于系统调试与链路验证。

3. 电源与功耗管理

• 供电电压：模拟电源（VDD33）3.15 V3.45 V，数字电源（VDD18）1.7 V1.9 V，需单独去耦；
• 功耗优化：支持自适应功耗缩放，可根据采样率与增益需求调整内部偏置电流，单通道关断模式功耗降低 50%。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 航天航空：卫星焦平面电子设备、地球成像系统、姿态控制系统；
• 科学仪器：空间科学探测设备、辐射环境下高精度数据采集系统；
• 图像传感器接口：CCD/CIS 图像传感器信号调理与数字化，适配航天成像任务。

2. 硬件设计建议

• 外部元件 ：模拟电源与数字电源需各外接 0.1 μF 多层陶瓷去耦电容，贴近引脚放置；IBIAS0/IBIAS1 引脚需外接 10 kΩ 1% 电阻，确保偏置电流稳定。
• 输入配置：CDS 模式下 OSx + 引脚需外接 0.1 μF 接地电容；输入信号建议 AC 耦合，避免直流漂移，高频信号需加匹配电阻抑制反射。
• 接地与布局：模拟地与数字地单点连接，采用完整接地平面；LVDS 输出线差分成对布线，长度匹配，减少串扰。

3. 软件与配置

• 采样模式选择：CCD 传感器选 CDS 模式抑制复位噪声，CIS 传感器选 S/H 模式提升响应速度；
• 增益与偏移校准：根据信号幅度调整 PGA 增益（优先选择 1~8 倍增益以平衡噪声与带宽），通过粗 / 细 DAC 校正输入偏移；
• 输出配置：高速传输选双通道 LVDS 模式（640 Mbps），长距离传输选四通道模式（320 Mbps），利用 TXFRM 信号同步帧数据。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：抗辐射加固设计满足航天级要求；高度集成 CDS/S/H、PGA、偏移校正功能，减少外部元件；LVDS 输出抗干扰，适配辐射环境下数据传输；宽温宽电压工作，可靠性高。
• 选型建议：专为空间极端环境设计，适用于卫星成像、空间探测、辐射监测等高精度信号采集场景；需配合低噪声时钟源与抗辐射电源使用，充分发挥其抗干扰与精度优势。