深入解析AD9273：八通道LNA/VGA/AAF/ADC与交叉点开关的卓越性能

引言

在电子设计的世界里，高性能、小尺寸、低功耗的器件一直是工程师们追求的目标。ADI公司的AD9273就是这样一款令人瞩目的产品，它集成了八通道的低噪声放大器（LNA）、可变增益放大器（VGA）、抗混叠滤波器（AAF）和模数转换器（ADC），还包含一个8×8差分交叉点开关，为医疗成像、汽车雷达等应用提供了强大的解决方案。今天，我们就来深入剖析一下AD9273的特点、性能和应用。

文件下载：AD9273BSVZ-50.pdf

产品概述与特性亮点

高度集成的八通道设计

AD9273将LNA、VGA、AAF和ADC集成在一个芯片中，每个通道都具备42dB的可变增益范围，全差分信号路径，最大增益可达52dB，ADC转换速率最高可达50MSPS。这种高度集成的设计不仅节省了电路板空间，还降低了系统成本和设计复杂度。

低噪声与高性能

LNA的输入参考噪声电压在增益为21.3dB时典型值仅为1.26nV/√Hz，整个通道的组合输入参考噪声电压在典型增益下为1.42nV/√Hz。在假设15MHz噪声带宽和21.3dB LNA增益的情况下，输入信噪比约为91dB，为系统提供了出色的噪声性能。

灵活的增益控制

VGA的衰减范围为 -42dB至0dB，SPI可编程PGA增益有21dB、24dB、27dB、30dB可选，且采用线性dB增益控制，能够满足不同应用场景对增益的灵活需求。

可编程抗混叠滤波器

AAF是可编程的二阶低通滤波器，截止频率可在8MHz至18MHz之间调节，还具备可编程的高通滤波器，有效滤除不需要的信号，提高系统的抗干扰能力。

高速ADC性能

ADC为12位，采样速率在10MSPS至50MSPS之间，信噪比（SNR）可达70dB，无杂散动态范围（SFDR）可达75dB，采用串行LVDS输出，提供数据和帧时钟输出，确保高速、准确的数据转换和传输。

低功耗与快速恢复

每个通道在12位/40MSPS（TGC）时功耗仅为109mW，连续波（CW）多普勒模式下每个通道功耗为70mW，还具备灵活的掉电模式。过载恢复时间小于10ns，从低功耗待机模式快速恢复时间小于2μs，非常适合对功耗和响应速度要求较高的应用。

集成交叉点开关

8×8差分交叉点开关支持连续波（CW）多普勒模式，为多通道配置提供了丰富的选择，增强了系统的灵活性和适应性。

详细技术分析

低噪声放大器（LNA）

LNA是信号链的前端，其性能直接影响整个系统的噪声水平。它采用单端输入转差分输出，增益可通过SPI选择。其输入参考噪声低，在增益为21.3dB时仅为1.26nV/√Hz，且具备双模式有源输入阻抗匹配功能，带宽大于100MHz。在设计时，建议将LG - x引脚与输入或探头连接地形成开尔文连接，以避免因电位差导致的直流偏置电压问题。

可变增益放大器（VGA）

VGA采用差分X - AMP架构，提供精确的输入衰减和插值功能。输入参考噪声低至6nV/√Hz，增益线性度出色。其输入是一个14级差分电阻梯，总增益范围为42dB，通过增益控制接口GAIN±可灵活调节增益，增益控制响应时间小于750ns。在增益控制过程中，要注意避免增益控制噪声对系统的影响，可采用外部RC滤波器去除 (V_{GAIN}) 源噪声。

抗混叠滤波器（AAF）

AAF是单极高通滤波器和二阶低通滤波器的组合，高通滤波器截止频率可根据低通滤波器截止频率按比例配置，通过SPI进行选择。默认的 -3dB低通滤波器截止频率为ADC采样时钟速率的1/3或1/4.5，可通过SPI将截止频率缩放为该频率的0.7至1.3倍，截止频率公差保持在8MHz至18MHz之间。在使用过程中，需要根据实际需求进行滤波器的初始化和偶尔的重新调谐，以补偿温度漂移。

模数转换器（ADC）

ADC采用流水线架构，采样发生在时钟的上升沿。量化后的输出在数字校正逻辑中组合成12位结果，输出数据默认采用偏移二进制格式。ADC提供数据时钟（DCO±）和帧时钟（FCO±），方便数据的采集和处理。在时钟输入方面，为了获得最佳性能，建议使用差分信号驱动采样时钟输入（CLK+和CLK -），并注意时钟的抖动和占空比对ADC性能的影响。

交叉点开关

每个LNA后面都跟随一个跨导放大器，用于电压 - 电流转换。电流可以路由到八对差分输出之一或16个单端输出进行求和。在与其他器件接口时，需要考虑组合通道的数量，合理设置负载阻抗，以确保满量程摆幅和共模电压在AD9273的工作范围内。

时钟输入与电源管理

时钟输入

为了实现AD9273的最佳性能，采样时钟输入（CLK+和CLK -）应使用差分信号驱动。可以通过变压器或电容将信号交流耦合到输入引脚，这些引脚内部有偏置，无需额外的偏置电路。同时，要注意时钟的抖动和占空比，AD9273内部的占空比稳定器（DCS）可以在一定程度上减少占空比对性能的影响，但在某些应用中可能需要关闭该功能。

电源管理

AD9273的功耗与采样速率成正比，数字功耗主要由DRVDD电源和LVDS输出驱动器的偏置电流决定。通过SPI可以对LNA的偏置电流进行缩放，以降低功耗。此外，AD9273还具备多种掉电模式，如通过PDWN引脚进入完全掉电模式，通过STBY引脚进入待机模式，这些模式可以有效节省功耗，并且在需要时能够快速恢复正常工作。

应用领域与优势体现

医疗成像/超声

在医疗超声系统中，AD9273的低噪声、高增益、快速过载恢复和低功耗等特性能够满足超声信号处理的严格要求。其高度集成的设计减少了电路板空间，降低了系统成本，适合便携式超声设备的设计。同时，12位分辨率和高达50MSPS的采样速率能够满足通用和高端超声系统的需求。

汽车雷达

汽车雷达系统对信号处理的速度和精度要求很高，AD9273的高速ADC和灵活的增益控制能够有效处理雷达回波信号，提高雷达的探测精度和可靠性。其低功耗特性也符合汽车电子对节能的要求。

总结与展望

AD9273以其高度集成、低噪声、高性能、低功耗和灵活配置等优点，为医疗成像、汽车雷达等领域提供了优秀的解决方案。作为电子工程师，我们在设计过程中需要充分了解其各项特性和技术细节，合理选择参数和配置，以实现系统的最佳性能。随着技术的不断发展，相信类似的高性能集成器件将不断涌现，为电子设计带来更多的可能性。你在使用类似器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。