16位15Msps SAR ADC LTC2387-16：高速高精度的理想选择

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们就来深入了解一款高性能的16位15Msps SAR ADC——LTC2387 - 16。

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一、产品概述

LTC2387 - 16是一款低噪声、高速的16位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，具有出色的线性度和宽动态范围，适用于高速成像、仪器仪表、通信、控制环路等多种应用场景。其15Msps的吞吐量和无流水线延迟、无周期延迟的特性，为高速控制环路应用提供了独特的解决方案。同时，在高输入频率下的低失真特性，使其能够满足需要宽动态范围和大信号带宽的通信应用需求。

1. 主要特性

• 高速性能：15Msps的吞吐量，可实现快速数据采集。
• 高精度：93.8dB SNR（典型值，(f{IN}=1 MHz)），102dB SFDR（典型值，(f{IN}=1 MHz)），保证了信号的高质量转换。
• 宽输入范围：(8.192V V_{P - P}) 差分输入，适用于多种信号类型。
• 低功耗：仅125mW的功耗，在高速运行时也能保持较低的能耗。
• 灵活的接口：串行LVDS接口，具有单通道和双通道输出模式，可根据应用需求优化接口数据速率。

二、性能参数

1. 电气特性

• 输入范围：绝对输入范围（(IN+)和(IN-)）为 - 0.1V 到 (V{REFBUF} + 0.1V)，输入差分电压范围为 - (V{REFBUF}) 到 (V_{REFBUF})。
• 线性误差：积分线性误差（INL）最大为 ±0.8LSB，差分线性误差（DNL）最大为 ±0.8LSB。
• 动态性能：SINAD在不同输入频率下表现出色，如 (f{IN}=2kHz) 时典型值为93.9dB；SNR在 (f{IN}=2kHz) 时典型值为94dB；THD在 (f_{IN}=2kHz) 时典型值为 - 117dB。

2. 参考特性

内部参考输出电压为2.048V，温度系数最大为 ±20ppm/°C，输出阻抗为15kΩ。参考缓冲器输出电压为4.096V，可根据需要进行外部驱动。

3. 数字接口特性

数字输入和输出具有明确的电压和电流要求，如PD、TESTPAT等输入的高电平输入电压为1.7V，低电平输入电压为0.6V。LVDS输出具有特定的差分输出电压和共模输出电压。

4. 功率要求

需要5V、2.5V和2.5V三个电源，在不同工作模式下的功耗不同，如15Msps采样率时功耗为125mW，掉电模式下功耗可降至10μW。

三、应用信息

1. 转换器操作

LTC2387 - 16的工作分为采集和转换两个阶段。在采集阶段，采样电容连接到模拟输入引脚 (IN+) 和 (IN-) 以采样差分模拟输入电压；转换阶段，ADC通过逐次逼近算法将采样输入与参考电压的二进制加权分数进行比较，最终输出16位数字代码。

2. 输入驱动电路

为了获得最佳性能，建议使用缓冲放大器驱动模拟输入。缓冲放大器可提供低输出阻抗，使模拟信号在采集阶段快速稳定，并隔离信号源与ADC输入的电流尖峰。同时，应注意输入信号的变化速度，不建议采样变化速度超过300mV/ns的信号。

3. 输入滤波

在缓冲输出和ADC输入之间放置滤波网络，可减少缓冲器的噪声贡献和ADC采样瞬变对缓冲器的干扰。简单的一阶低通RC滤波器通常就足够了，但需确保滤波器的RC时间常数足够小，以保证模拟输入在ADC采集时间内稳定。

4. 参考电路

LTC2387 - 16的内部参考电路包括一个低噪声、低漂移的带隙参考和一个内部参考缓冲器。可根据需要选择使用内部参考、外部参考或外部参考缓冲器。使用内部参考时，需进行适当的旁路电容配置；使用外部参考时，可选择如LTC6655 - 2.048等高性能参考源。

5. 动态性能

通过快速傅里叶变换（FFT）技术测试ADC的频率响应、失真和噪声。LTC2387 - 16在不同输入频率下的SINAD、SNR和THD表现良好，为信号处理提供了可靠的保障。

6. 功率考虑

需要三个电源供电，且各电源需进行适当的旁路电容配置。LTC2387 - 16没有特定的电源排序要求，但需注意遵守绝对最大额定值中的电压关系。掉电模式可在长时间不工作时降低功耗。

7. 时序和控制

转换由CNV+和 (CNV^{-}) 输入控制，上升沿触发转换。转换数据在开机或退出掉电模式后的前两个转换周期无效，后续结果在满足转换时间间隔要求时准确。内部转换时钟经过调整，保证了15Msps的吞吐量。

8. 数字接口

采用串行LVDS数字接口，易于连接到FPGA。LVDS信号应作为100Ω差分传输线布线，并在接收器端用100Ω电阻端接。可选择单通道或双通道输出模式，双通道输出模式可在高采样率下降低接口数据速率。

9. 电路板布局

需要一个干净、完整的接地平面的印刷电路板，推荐使用多层板并将内部接地平面置于ADC下方。应尽量分离数字和模拟信号线，避免数字轨道与模拟信号轨道相邻或在ADC下方。同时，使用高质量的陶瓷旁路电容，并确保其靠近引脚放置。

四、典型应用

1. 低失真输入驱动电路（高达1MHz）

使用LT6201作为缓冲放大器，可实现低失真的信号采集，在15Msps采样率和 (f_{IN}=50 kHz) 时，SNR为93dB，THD为 - 115dB。

2. 低功耗、低噪声输入驱动电路（高达8kHz）

采用LT6237作为缓冲放大器，适用于对功耗和噪声要求较高的应用，在15Msps采样率和 (f_{IN}=8 kHz) 时，SNR为94.0dB，THD为 - 114dB。

五、相关产品

除了LTC2387 - 16，Linear Technology还提供了一系列相关产品，如不同位数和采样率的ADC、高精度参考源和低噪声放大器等，可根据具体应用需求进行选择。

总的来说，LTC2387 - 16以其高速、高精度、低功耗和灵活的接口等特性，为电子工程师在各种应用中提供了一个优秀的选择。在实际设计中，我们需要根据具体的应用场景和性能要求，合理配置电路参数，优化电路板布局，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。