深入解析ADS830：高性能8位60MHz采样A/D转换器

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，高性能的A/D转换器对于众多应用至关重要。今天我们要深入探讨的是德州仪器（Texas Instruments）的ADS830，一款8位、60MHz采样的A/D转换器，它在医疗成像、视频数字化、通信等多个领域都有广泛的应用。

文件下载：ads830.pdf

一、产品概述

ADS830是一款采用流水线架构的CMOS A/D转换器，仅需单一的+5V电源供电。它具有出色的性能，支持单端或差分模拟输入，并且提供内部/外部参考选项，可编程输入范围为1Vp-p/2Vp-p。其显著特点包括高信噪比（SNR）达49.5dB、低功耗（170mW）、低差分非线性（DNL）为0.2LSB等，采用SSOP - 20封装。

二、关键特性与优势

2.1 高性能指标

• 高信噪比（SNR）：49.5dB的SNR为信号处理提供了良好的基础，能够有效减少噪声干扰，在医疗成像、通信等对信号质量要求较高的应用中表现出色。
• 低功耗设计：仅170mW的功耗，对于需要长时间运行或对功耗敏感的设备来说，大大降低了能源消耗，延长了设备的续航时间。
• 低差分非线性（DNL）：DNL低至0.2LSB，保证了转换的线性度，减少了量化误差，使得输出数据更加准确。

2.2 灵活的输入与参考选项

• 单端或差分输入：支持单端和差分两种输入方式，用户可以根据具体应用场景选择合适的输入模式，提高了设计的灵活性。
• 内部/外部参考：既可以使用内部参考，也可以禁用内部参考使用外部参考。在多通道应用或需要调整直流满量程范围的应用中，外部参考选项能够提供出色的增益和偏移匹配。

三、电气特性详解

3.1 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。ADS830的绝对最大额定值如下：	参数	数值
+VS	+6V
模拟输入	–0.3V to (+VS + 0.3V)
逻辑输入	–0.3V to (+VS + 0.3V)
外壳温度	+100°C
结温	+150°C
存储温度	+150°C

3.2 电气参数

在全指定温度范围（(T_{A}) = –40°C to +85°C）、单端输入范围为1.5V to 3.5V、采样率为60MHz且使用外部参考的条件下，ADS830的各项电气参数表现优秀。例如，分辨率为8位，标准单端输入范围为2Vp-p（1.5V - 3.5V），可选单端输入范围为1Vp-p（2V - 3V）等。

四、引脚配置与功能

ADS830采用SSOP - 20封装，其引脚配置明确，每个引脚都有特定的功能。例如，VDRV为输出逻辑驱动电源电压，CLK为转换时钟，RSEL用于输入范围选择（HI = 2V; LO = 1V），INT/EXT用于参考选择（HI = 外部; LO = 内部）等。了解这些引脚的功能对于正确连接和使用ADS830至关重要。

五、工作原理

ADS830采用流水线转换器架构，由6个内部阶段组成。每个阶段将数据输入到数字误差校正逻辑中，确保了在8位级别上具有出色的差分线性度且无丢失码。输出数据在时钟上升沿变为有效，流水线架构导致数据延迟为4个时钟周期。其模拟输入是一个差分跟踪保持电路，差分拓扑和紧密匹配的电容器在高速采样时能产生高水平的交流性能。

六、应用电路设计

6.1 单端输入配置

在单端模式下，输入跟踪保持电路将模拟输入信号进行单端到差分的转换。典型的单端配置中，使用OPA681等放大器，通过电阻创建约+2.5V的共模电压来偏置放大器输入。同时，在放大器输出和ADS830输入之间添加小的串联电阻（(R_{S})），可以解耦放大器输出与容性负载，避免增益峰值，提高SNR性能。

6.2 差分输入配置

如果应用需要将单端信号转换为差分信号输入到ADS830，可以使用RF变压器。变压器必须有中心抽头，用于施加偏置转换器输入所需的共模直流电压。差分输入配置在宽输入频率范围内能实现良好的无杂散动态范围（SFDR）性能。

6.3 参考操作

ADS830的内部参考电路由带隙电压参考、顶部和底部参考驱动器以及电阻参考梯组成。通过设置RSEL和INT/EXT引脚，可以轻松配置输入范围和参考模式。在使用参考时，需要在参考引脚处提供良好的旁路电容，以最小化时钟馈通。

七、数字输入与输出

7.1 时钟输入要求

时钟抖动对高速、高分辨率A/D转换器的SNR性能至关重要。ADS830在CLK输入的上升沿采样输入信号，因此该上升沿的抖动应尽可能小。在欠采样应用中，更要特别注意时钟抖动，时钟输入应像模拟输入一样处理，以实现最高性能。

7.2 数字输出格式

ADS830的输出数据格式为正的直偏移二进制代码（Straight Offset Binary），可以通过反转最高有效位（MSB）轻松转换为二进制补码。同时，建议将数据线上的电容负载保持在尽可能低的水平（≤15 pF），以避免影响性能。

八、总结与思考

ADS830凭借其高性能、灵活的输入和参考选项以及多种应用电路设计，为电子工程师提供了一个强大的工具。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择输入模式、参考选项和外部电路，以充分发挥ADS830的优势。同时，要注意器件的绝对最大额定值和电气参数，确保正确使用和保护器件。大家在使用ADS830的过程中，有没有遇到过一些特殊的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。