Texas Instruments ADS803：高性能12位模数转换器的技术剖析与应用指南

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界与数字世界的关键桥梁。Texas Instruments的ADS803作为一款高性能的12位模数转换器，凭借其出色的特性和广泛的应用场景，在众多设计中备受青睐。今天，我们就来深入剖析ADS803的技术细节和应用要点。

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一、ADS803概述

ADS803是一款高速、高动态范围的12位流水线式模数转换器。它具备高无杂散动态范围（SFDR）、高信噪比（SNR）、低功耗等特点，能够在高达奈奎斯特速率甚至更高的频率下提供出色的杂散性能。此外，它与10MHz的ADS804和20MHz的ADS805引脚兼容，为设计提供了更多的灵活性。

关键特性

• 高SFDR和SNR：在奈奎斯特频率下，SFDR可达82dB，SNR可达69dB，确保了信号转换的高质量。
• 低功耗：仅需115mW的功耗，适合对功耗敏感的应用。
• 低差分线性误差（DLE）：最大DLE为0.25LSB，保证了转换的精度。
• 灵活的输入范围：可选择2Vp-p或5Vp-p的输入范围，还能设置介于两者之间的输入范围，或者使用外部参考。
• 过范围指示：提供过范围指示标志，方便监测输入信号是否超出转换器的满量程输入范围。

二、电气特性

基本参数

• 分辨率：12位，能够满足大多数高精度应用的需求。
• 温度范围：工作温度范围为-40°C至+85°C，适应不同的工作环境。
• 采样率：最高可达5MHz，可实现高速信号的采集。

输入特性

• 单端输入范围：标准范围为1.5V至3.5V，可选范围为0V至5V。
• 共模电压：标准共模电压为2.5V，可选范围为1V至2V。
• 输入电容：约为20pF，对驱动电路的要求较低。

性能指标

• SFDR：在2.48MHz输入时可达82dB，有效抑制杂散信号。
• SNR：在2.48MHz输入时可达69dB，提供清晰的信号转换结果。
• 差分线性误差：最大为±0.25LSB，确保转换的线性度。

三、应用信息

模拟输入驱动

ADS803的模拟输入可以采用单端或差分驱动方式。单端配置通常更容易实现，并且ADS803的额定规格也是基于单端模式进行表征的。

交流耦合输入配置

这是最常见的接口配置之一。通过将VREF引脚连接到SEL引脚，可将满量程输入范围定义为2Vp-p。使用低失真电压反馈放大器OPA642将信号以单端形式交流耦合到ADS803。为了满足A/D转换器的输入范围要求，需要对放大器的零中心模拟信号进行电平转换。通过在驱动放大器的输出和转换器的输入之间使用直流阻断电容，可以实现简单的电平转换。

直流耦合无电平转换

当模拟输入信号已经偏置在符合ADS803所选输入范围和参考电平的水平时，只需为所选输入提供足够低的源阻抗即可。对于需要驱动放大器提供信号放大（增益≥3）的应用，可以考虑使用去补偿电压反馈运算放大器OPA643。

直流耦合有电平转换

在某些应用中，信号路径的带宽需要包含直流，此时需要进行直流耦合。通过使用运算放大器A1将接地中心的输入信号与所需的直流偏移相加，实现直流电平转换。同时，需要注意调整电阻值来校正输入信号的偏移。

单端转差分配置（变压器耦合）

差分输入配置可以显著提高SFDR性能，因为在差分模式下，信号摆幅可以减小到单端驱动所需摆幅的一半，并且可以降低偶次谐波。通过合理设置变压器次级侧的电阻，可以实现输入阻抗匹配。

参考操作

ADS803集成了带隙参考电路，可以通过选择相应的引脚配置提供+1V或+2.5V的参考输出。此外，还可以使用两个外部电阻来生成不同的参考电压，或者关闭内部参考并使用外部参考电压。

输入范围和参考选择

根据不同的应用需求，可以选择不同的输入范围和参考配置。使用内部参考时，常见的输入范围包括0V至5V、1.5V至3.5V和1V至4V等。在选择输入范围和参考时，需要考虑信号的幅度、精度要求以及系统的整体性能。

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。ADS803在CLK输入的上升沿对输入信号进行采样，因此该边沿的抖动应尽可能小。在欠采样应用中，尤其需要注意时钟抖动的影响。时钟输入应被视为模拟输入，以确保最高的性能水平。

数字输入和输出

• 过范围（OVR）输出：用于监测输入信号是否超出输入范围。当输入电压在定义的输入范围内时，OVR输出为低电平；当输入电压超出范围时，OVR输出为高电平。
• 数字输出兼容性：ADS803的数字输出与高速TTL和CMOS逻辑系列兼容。通过调整VDRV引脚的电压，可以改变数字输出电平。为了确保性能，建议将数据线上的电容负载保持在尽可能低的水平（≤15pF）。

接地和去耦

在高频设计中，正确的接地和去耦非常重要。建议使用多层PCB板，将ADS803的模拟和数字接地引脚在IC处连接在一起，并仅连接到系统的模拟接地。同时，需要对电源和参考引脚进行充分的去耦，以减少高频电流瞬变和噪声的影响。

四、总结

ADS803作为一款高性能的12位模数转换器，具有出色的性能指标和灵活的应用配置。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择输入范围、参考配置、时钟输入等参数，并注意接地和去耦等细节，以充分发挥ADS803的优势。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地理解和应用ADS803，在电子设计中取得更好的成果。你在使用ADS803或其他模数转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。