MAX19713：适用于全双工宽带通信的低功耗模拟前端

在当今的通信领域，对于高性能、低功耗的模拟前端（AFE）需求日益增长。Maxim推出的MAX19713就是这样一款出色的产品，它专为全双工（FD）模式下的宽带通信应用而设计，具备超低功耗和高集成度的特点。

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一、产品概述

MAX19713是一款高度集成的混合信号模拟前端，集成了双10位、45Msps的接收（Rx）ADC、双10位、45Msps的发射（Tx）DAC、三个快速稳定的12位辅助DAC通道以及一个10位、333ksps的辅助ADC。在45MHz时钟频率下，全双工模式的典型工作功耗仅为91.8mW，展现了其出色的低功耗特性。

1.1 主要参数

• Rx ADC：在5.5MHz输入频率和45MHz时钟频率下，具有54dB的SINAD和72.2dBc的SFDR。模拟I/Q输入放大器为全差分结构，可接受1.024VP - P的满量程信号，典型I/Q通道匹配为±0.03°相位和±0.02dB增益。
• Tx DAC：在fOUT = 2.2MHz和fCLK = 45MHz时，具有70.3dBc的SFDR。模拟I/Q满量程输出电压范围为±400mV差分，输出直流共模电压可在0.71V至1.06V之间选择，I/Q通道偏移可调，典型I/Q通道匹配为±0.01dB增益和±0.05°相位。

二、功能特性

2.1 双ADC和DAC

双10位、45Msps的Rx ADC和Tx DAC提供了高速的数据转换能力，满足宽带通信的需求。独立的10位并行高速数字总线允许全双工操作，并且Rx ADC和Tx DAC可独立禁用，方便进行电源管理。

2.2 超低功耗

MAX19713在不同模式下都展现出了超低功耗的特性。例如，在fCLK = 45MHz的全双工模式下功耗为91.8mW，慢Rx模式下为79.2mW，慢Tx模式下为49.5mW，还有低电流待机和关机模式，大大降低了系统的整体功耗。

2.3 可编程特性

Tx DAC的共模直流电平以及I/Q偏移可通过编程进行调整，有助于优化射频系统的性能。

2.4 出色的动态性能

Rx ADC在fIN = 5.5MHz时SNR可达54.1dB，Tx DAC在fOUT = 2.2MHz时SFDR可达70.3dBc，保证了信号的高质量处理。

2.5 辅助通道

三个12位、1μs的辅助DAC和一个10位、333ksps的辅助ADC，为系统提供了额外的控制和监测功能。辅助DAC可用于快速的AGC、VGA和AFC电平设置，辅助ADC具有数据平均功能，可减少处理器的开销。

2.6 增益/相位匹配

在fIN = 5.5MHz时，Rx ADC的相位匹配为±0.03°，增益匹配为±0.02dB，确保了通道之间的一致性。

2.7 接口与控制

采用3线串行接口进行操作模式和电源管理的控制，兼容SPI和MICROWIRE，方便与其他设备进行通信。

2.8 封装

采用56引脚的TQFN封装（7mm x 7mm x 0.8mm），体积小巧，适合对空间要求较高的应用。

三、工作模式

3.1 全双工（FD）模式

在FD模式下，Rx ADC和Tx DAC及其各自的数字总线均处于活动状态，设备可同时进行接收和发送操作。该模式下的功耗为91.8mW，是所有操作模式中功耗最大的，但能实现快速的模式切换。

3.2 关机模式

关机模式可实现最大程度的节能，关闭所有模拟部分（包括参考电压）。在该模式下，Rx ADC数字输出处于三态，Tx DAC数字输入内部上拉至OVDD，Tx DAC输出为0V。从关机模式唤醒的时间取决于REFP、REFN和COM处电容器的充电时间，进入Rx模式、Tx模式和FD模式的典型唤醒时间分别为500μs、26.4μs和500μs。

3.3 空闲模式

空闲模式下，参考电压和时钟分配电路供电，但其他功能关闭。Rx ADC输出AD0 - AD9强制为三态，Tx DAC输入DA0 - DA9内部上拉至OVDD，Tx DAC输出为0V。进入Rx模式、Tx模式和FD模式的唤醒时间分别为3.7μs、5.1μs和5.1μs。

3.4 待机模式

待机模式下，参考电压供电，其他设备功能关闭。进入Rx模式、Tx模式和FD模式的唤醒时间分别为3.8μs、24.4μs和24.4μs。

3.5 FAST和SLOW模式

• FAST模式：在FAST Tx模式下，Rx ADC核心供电，但ADC数字输出AD0 - AD9为三态，Tx DAC数字总线活跃，DAC核心完全工作；在FAST Rx模式下，Tx DAC核心供电，Tx DAC输出设置为中间值，Tx DAC输入总线与DAC核心断开，DA0 - DA9内部上拉至OVDD，Rx ADC数字总线活跃，ADC核心完全工作。FAST模式下，Tx和Rx之间的切换时间仅为0.1μs，但功耗相对较高。
• SLOW模式：在SLOW Tx模式下，Rx ADC核心断电，ADC数字输出AD0 - AD9为三态，Tx DAC数字总线活跃，DAC核心完全工作；在SLOW Rx模式下，Tx DAC核心断电，Tx DAC输出设置为0，Tx DAC输入总线与DAC核心断开，DA0 - DA9内部上拉至OVDD，Rx ADC数字总线活跃，ADC核心完全工作。SLOW模式下，Rx到Tx的切换时间为4.9μs，Tx到Rx的切换时间为3.7μs，功耗相对较低。

四、应用信息

4.1 耦合方式

• 巴伦变压器交流耦合：使用RF变压器将单端信号源转换为全差分信号，可优化ADC性能。将变压器的中心抽头连接到COM可提供VDD/2的直流电平偏移。一般来说，全差分输入信号能使MAX19713获得更好的SFDR和THD，特别是在高输入频率时。
• 运算放大器耦合：当没有巴伦变压器时，可使用运算放大器驱动MAX19713的Rx ADC。如MAX4454和MAX4354等放大器可提供高速、高带宽、低噪声和低失真的性能，以保持输入信号的完整性。

4.2 FDD应用

MAX19713可直接与无线电前端接口，为FDD应用（如802.11、802.16、WCDMA和专有无线电系统）提供完整的“RF到比特”解决方案。它为数字基带开发人员带来了诸多系统优势，如快速上市时间、高性能低功耗模拟功能、低风险的成熟模拟前端解决方案等。

4.3 接地、旁路和电路板布局

MAX19713需要高速电路板布局设计技术。所有旁路电容器应尽可能靠近设备放置，最好与设备在电路板的同一侧，使用表面贴装器件以减小电感。多层电路板采用分离的接地和电源平面可提供最高的信号完整性。应使用分割接地平面，将模拟接地（GND）和数字输出驱动器接地（OGND）分开，并在单点连接两个接地平面，以避免数字接地电流干扰模拟接地平面。

五、总结

MAX19713以其超低功耗、高集成度和出色的动态性能，成为全双工宽带通信应用的理想选择。无论是在功耗优化、信号处理还是系统集成方面，都展现出了卓越的性能。电子工程师在设计相关通信系统时，可以充分利用MAX19713的这些特性，开发出高性能、低功耗的产品。大家在实际应用中是否遇到过类似产品的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。