深入剖析 ADC1173：低功耗 8 位 A/D 转换器的卓越之选

在电子设计领域，A/D 转换器是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的 ADC1173，一款低功耗、高性能的 8 位 A/D 转换器，它在视频、成像和通信等众多应用中展现出了出色的性能。

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一、产品概述

ADC1173 是一款低功耗、15 MSPS 的模拟 - 数字转换器，能够将信号数字化为 8 位，典型功耗仅为 33 mW。它采用独特的架构，实现了 7.6 有效位，输出格式为直二进制编码。其出色的直流和交流特性，加上低功耗和单 +3V 电源供电，使其非常适合视频、成像和通信等应用，包括便携式设备。此外，ADC1173 具有抗闩锁能力，输出具备短路保护功能，参考梯的顶部和底部可用于连接，提供了广泛的输入可能性。

二、关键特性与优势

（一）特性亮点

1. 内部采样保持功能：确保信号采样的准确性和稳定性。
2. 单 +3V 操作：降低功耗，适合便携式设备应用。
3. 内部参考偏置电阻：简化设计，减少外部元件数量。
4. 行业标准引脚排列：方便与其他电路集成。

（二）性能优势

1. 高采样率：最大采样频率可达 15 MSPS，满足高速信号处理需求。
2. 低功耗：典型功耗仅 33 mW，延长电池续航时间。
3. 良好的线性度：积分非线性（INL）最大为 ±1.3 LSB，差分非线性（DNL）最大为 ±0.85 LSB，保证转换精度。
4. 低失真：总谐波失真（THD）典型值为 -54 dB，提供高质量的信号转换。

三、应用领域

ADC1173 的应用范围广泛，涵盖了多个领域：

1. 视频数字化：如数字静态相机、机顶盒、摄像机等。
2. 个人计算机视频：提供高质量的视频信号转换。
3. 数字电视：满足高清视频处理需求。
4. CCD 成像：用于图像采集和处理。
5. 光电应用：在光电信号转换中发挥重要作用。

四、关键规格参数

参数	数值
分辨率	8 位
最大采样频率	15 MSPS（min）
THD	-54 dB（typ）
DNL	±0.85 LSB（max）
ENOB at 3.58 MHz 输入	7.6 位（typ）
差分相位	0.5 度（max）
差分增益	1.5%（typ）
功耗	33 mW（typ）（不包括参考电流）

五、引脚描述与等效电路

ADC1173 采用 24 引脚 TSSOP 封装，各引脚具有特定的功能。以下是部分关键引脚的描述：

1. VIN（引脚 19）：模拟信号输入，转换范围为 VRB 到 VRT。
2. VRTS（引脚 16）：参考顶部偏置，带有内部上拉电阻。
3. VRT（引脚 17）：参考梯的高端模拟输入，标称范围为 1.0V 到 AVDD。
4. VRB（引脚 23）：参考梯的低端模拟输入，标称范围为 0V 到 2.0V。
5. CLK（引脚 12）：CMOS/TTL 兼容的数字时钟输入，VIN 在 CLK 下降沿采样。
6. OE（引脚 1）：CMOS/TTL 兼容的数字输入，低电平使能 ADC 输出。

六、电气特性

（一）直流精度

积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）是衡量 ADC 直流精度的重要指标。ADC1173 的 INL 典型值为 +0.5 LSB，最大为 ±1.3 LSB；DNL 典型值为 ±0.4 LSB，最大为 ±0.85 LSB，确保了高精度的信号转换。

（二）视频精度

差分增益误差（DG）和差分相位误差是视频应用中的关键参数。在 3.58 MHz 正弦波输入时，ADC1173 的 DG 典型值为 1.5%，提供了良好的视频精度。

（三）模拟输入和参考特性

输入范围为 2.0V（VRB 到 VRT），输入电容在 CLK 低电平时为 4 pF，高电平时为 11 pF，输入电阻大于 1 MΩ，模拟输入带宽为 120 MHz，为信号输入提供了良好的特性。

（四）电源特性

模拟电源电流（IADD）典型值为 6.8 mA，数字电源电流（IDDD）典型值为 2.3 mA，总功耗典型值为 33 mW，确保了低功耗运行。

七、设计注意事项

（一）模拟输入驱动

ADC1173 的模拟输入电容随时钟电平变化，需要选择能够驱动动态电容的放大器。LMH6702、LM6152 等放大器是驱动 ADC1173 的理想选择。同时，应避免输入信号超出电源轨，以确保正常工作。

（二）参考输入设计

参考输入 VRT 和 VRB 决定了输入信号的转换范围。可以通过自偏置或外部低阻抗源驱动参考输入，以获得稳定的参考电压。自偏置时，VRT 和 VRB 的标称值分别为 1.56V 和 0.36V。

（三）电源供应

为了确保 ADC1173 的稳定运行，需要对电源进行适当的旁路处理。在 A/D 电源引脚附近放置 10µF 钽电容或铝电解电容，并与 0.1µF 陶瓷芯片电容配合使用。同时，模拟和数字电源应具有共同的源，并分别进行旁路。

（四）时钟设计

ADC1173 通常可以在 1MHz 到 20MHz 的时钟频率下工作。为了获得最佳性能，时钟源应无抖动，并与其他数字电路隔离。可以通过缓冲器或时钟树来实现时钟隔离。

（五）布局和接地

合理的布局和接地是确保 ADC1173 准确转换的关键。应采用单独的模拟和数字接地平面，并在 ADC 下方连接。同时，应避免模拟信号和数字信号相互干扰，保持信号路径的简洁和短距离。

八、常见应用陷阱及解决方法

（一）输入超出电源轨

输入信号超出电源轨可能导致故障或不稳定的操作。应确保所有输入不超过接地引脚 50mV 或电源引脚 50mV。对于高速数字电路的过冲问题，可以在输入串联 50Ω 电阻来解决。

（二）输入过驱动

过驱动输入可能导致转换不准确甚至设备损坏。应合理设计输入电路，避免输入信号过大。

（三）驱动高电容数据总线

驱动高电容数据总线会增加数字电流需求，影响动态性能。可以通过缓冲数字输出或在数字输出添加串联电阻来解决。

（四）时钟抖动

时钟抖动会导致采样间隔变化，降低 SNR 性能。应选择无抖动的时钟源，并保持时钟信号路径的短距离和隔离。

（五）输入信号谐波失真

输入信号的谐波失真会干扰动态信噪比的测量。可以在信号输入处插入滤波器来去除谐波和其他干扰信号。

九、总结

ADC1173 是一款性能卓越的低功耗 8 位 A/D 转换器，具有高采样率、低功耗、良好的线性度和低失真等优点。在视频、成像和通信等应用中，它能够提供高质量的信号转换。通过合理的设计和布局，我们可以充分发挥 ADC1173 的性能优势，实现稳定可靠的电子系统设计。

电子工程师们在使用 ADC1173 时，需要充分考虑其电气特性和设计注意事项，避免常见的应用陷阱。只有这样，才能确保 ADC1173 在实际应用中发挥出最佳性能，为我们的电子设计带来更多的可能性。大家在使用 ADC1173 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。