LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14：高性能双路ADC的详细解析

在电子设计领域，模数转换器（ADC）扮演着至关重要的角色，尤其是在处理高频、宽动态范围信号的通信应用中。今天，我们就来深入了解一下Linear Technology公司推出的LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14这三款14位、低功耗双路ADC。

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产品概述

LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14是2通道同时采样的14位A/D转换器，专为数字化高频、宽动态范围信号而设计。它们适用于对性能要求苛刻的通信应用，具备73.1dB的信噪比（SNR）和90dB的无杂散动态范围（SFDR），超低抖动（0.08 psRMS）允许对中频（IF）频率进行欠采样，且具有出色的噪声性能。

主要特性

高性能指标

• 高分辨率：14位分辨率，无丢失码，确保了精确的信号转换。
• 出色的动态性能：SNR高达73.1dB，SFDR达到90dB，能够有效抑制杂散信号，提供清晰的信号输出。
• 低抖动：0.08 psRMS的超低抖动，使得在欠采样IF频率时仍能保持良好的噪声性能。

低功耗设计

三款ADC的总功耗分别为189mW（LTC2145-14）、149mW（LTC2144-14）和113mW（LTC2143-14），单通道功耗分别为95mW、75mW和57mW，非常适合对功耗敏感的应用。

灵活的输出模式

支持全速率CMOS、双倍数据速率CMOS或双倍数据速率LVDS输出，可根据不同的应用需求进行选择。

可选特性

• 可选输入范围：输入范围可在1Vp-p至2Vp-p之间选择，增加了应用的灵活性。
• 时钟占空比稳定器：可选的时钟占空比稳定器允许在较宽的时钟占空比范围内实现高速高性能运行。
• 数据输出随机化：可通过随机化数字输出减少干扰，降低输出频谱中的杂散信号。

应用领域

• 通信领域：适用于蜂窝基站、软件定义无线电等通信系统，能够满足高频、宽动态范围信号的处理需求。
• 医疗成像：在便携式医疗成像设备中，可实现对微弱信号的精确采集和处理。
• 多通道数据采集：能够同时对多个通道的信号进行采样和转换，提高数据采集效率。
• 无损检测：用于无损检测设备，可检测微小的信号变化，确保检测的准确性。

电气特性

转换器特性

• 积分线性误差（INL）：典型值为±1LSB，确保了转换的线性度。
• 差分线性误差（DNL）：典型值为±0.3LSB，保证了每个量化台阶的一致性。
• 偏移误差：在全温度范围内，偏移误差控制在±1.5mV以内。
• 增益误差：内部参考时，增益误差为±1.5%FS；外部参考时，增益误差在-1.8%FS至0.9%FS之间。

模拟输入特性

• 输入范围：在1.7V < VDD < 1.9V的条件下，模拟输入范围为1Vp-p至2Vp-p。
• 输入共模电压：差分模拟输入时，输入共模电压范围为0.7V至1.25V。
• 输入漏电流：各输入引脚的漏电流在规定范围内，确保了输入信号的稳定性。

动态精度特性

在不同的输入频率下，SNR、SFDR等动态指标表现出色，能够满足大多数应用的需求。例如，在5MHz输入时，SNR可达73.1dB，SFDR可达90dB。

引脚配置与功能

通用引脚

• VDD：模拟电源，电压范围为1.7V至1.9V，需用0.1μF陶瓷电容旁路至地。
• VCM1和VCM2：分别为通道1和通道2的共模偏置输出，标称值为VDD/2，需用0.1μF陶瓷电容旁路至地。
• GND：ADC电源地。
• AIN1+和AIN1-：通道1的正负差分模拟输入。
• AIN2+和AIN2-：通道2的正负差分模拟输入。
• REFH和REFL：ADC的高低参考，需按照推荐的旁路电路进行连接。
• PAR/SER：编程模式选择引脚，用于选择串行或并行编程模式。
• ENC+和ENC-：编码输入，转换在ENC+的上升沿或ENC-的下降沿开始。
• CS：在串行编程模式下为串行接口芯片选择输入；在并行编程模式下控制时钟占空比稳定器。
• SCK：在串行编程模式下为串行接口时钟输入；在并行编程模式下控制数字输出模式。
• SDI：在串行编程模式下为串行接口数据输入；在并行编程模式下与SDO一起用于控制电源状态。
• SDO：在串行编程模式下为可选的串行接口数据输出；在并行编程模式下与SDI一起用于控制电源状态。
• VREF：参考电压输出，标称值为1.25V，需用2.2μF陶瓷电容旁路至地。
• SENSE：参考编程引脚，用于选择内部参考和输入范围。

不同输出模式下的引脚

• 全速率CMOS输出模式：各数据输出引脚（D1_0至D1_13和D2_0至D2_13）、溢出输出（OF1和OF2）和数据输出时钟（CLKOUT+和CLKOUT-）具有CMOS输出电平。
• 双倍数据速率CMOS输出模式：两个数据位复用在每个输出引脚上，减少了输出线的数量。
• 双倍数据速率LVDS输出模式：每个差分输出对复用两个数据位，输出电流电平可编程，可选内部100Ω终端电阻。

应用信息

转换器操作

• 电源：采用单1.8V电源供电，模拟输入应采用差分驱动，编码输入可采用差分或单端驱动，以降低功耗。
• 数字输出：可通过串行SPI端口对模式控制寄存器进行编程，选择不同的数字输出模式，如全速率CMOS、双倍数据速率CMOS或双倍数据速率LVDS。

模拟输入

• 输入电路：模拟输入为差分CMOS采样保持电路，输入应围绕由VCM1或VCM2输出引脚设置的共模电压进行差分驱动。
• 输入驱动电路：
  • 输入滤波：建议在模拟输入处设置RC低通滤波器，以隔离驱动电路与A/D采样保持开关，并限制驱动电路的宽带噪声。
  • 变压器耦合电路：在较高输入频率下，采用传输线巴伦变压器可获得更好的平衡，降低A/D失真。
  • 放大器电路：可使用高速差分放大器或RF增益块驱动模拟输入，以优化信号质量。

参考电路

• 内部参考：芯片内部具有1.25V电压参考，可通过连接SENSE引脚选择不同的输入范围。
• 外部参考：可通过向SENSE引脚施加0.625V至1.30V的电压来调整输入范围。

编码输入

• 差分编码模式：适用于正弦波、PECL或LVDS编码输入，编码输入内部偏置为1.2V，输入范围可高于VDD（最高3.6V），共模范围为1.1V至1.6V。
• 单端编码模式：适用于CMOS编码输入，ENC-连接到地，ENC+由方波编码输入驱动。

时钟占空比稳定器

为确保良好的性能，编码信号的占空比应保持在50%（±5%）。可选的时钟占空比稳定器可使编码占空比在30%至70%之间变化，并保持内部50%的恒定占空比。

数字输出

• 输出模式：支持全速率CMOS、双倍数据速率CMOS和双倍数据速率LVDS三种输出模式，可通过模式控制寄存器进行设置。
• 可编程LVDS输出电流：在LVDS模式下，默认输出驱动电流为3.5mA，可通过串行编程调整为1.75mA、2.1mA、2.5mA、3mA、3.5mA、4mA和4.5mA。
• 可选LVDS驱动内部终端：可通过串行编程启用内部100Ω终端电阻，以吸收接收器处不完善终端引起的反射。
• 溢出位：当模拟输入超出范围时，溢出输出位输出逻辑高电平，与数据位具有相同的流水线延迟。
• 输出时钟相移：可通过串行编程模式控制寄存器A2对CLKOUT+/CLKOUT-信号进行相移，以满足数据锁存的建立和保持时间要求。

数据格式

默认输出数据格式为偏移二进制，可通过串行编程模式控制寄存器A4选择2的补码格式。

数字输出随机化和交替位极性

• 数字输出随机化：通过对数字输出进行随机化处理，可减少输出频谱中的杂散信号。
• 交替位极性：通过反转奇数位，可减少电路板接地平面中的数字电流，降低数字噪声。

数字输出测试模式

可通过串行编程模式控制寄存器A4启用数字输出测试模式，强制A/D数据输出为已知值，方便进行电路测试。

输出禁用

可通过串行编程模式控制寄存器A3禁用数字输出，适用于电路测试或长时间不活动的情况。

睡眠和休眠模式

可将A/D置于睡眠或休眠模式以节省功耗。睡眠模式下整个设备断电，功耗仅为1mW；休眠模式下A/D核心断电，内部参考电路保持活动，唤醒速度更快。

设备编程模式

• 并行编程模式：将PAR/SER引脚连接到VDD，通过CS、SCK、SDI和SDO引脚设置某些操作模式。
• 串行编程模式：将PAR/SER引脚连接到地，通过CS、SCK、SDI和SDO引脚组成的串行接口对A/D模式控制寄存器进行编程。

接地和旁路

• 接地：需要一个干净、完整的接地平面，建议使用多层电路板，将内部接地平面置于ADC下方的第一层。
• 旁路：在VDD、OVDD、VCM、VREF、REFH和REFL引脚处使用高质量陶瓷旁路电容，并确保电容尽可能靠近引脚。

热传递

大部分热量通过底部暴露焊盘和封装引脚传递到印刷电路板上，为确保良好的电气和热性能，暴露焊盘必须焊接到电路板上的大接地焊盘，并通过阵列过孔连接到内部接地平面。

典型应用

文档中给出了LTC2145-14的典型应用电路和相关的FFT频谱图，展示了其在实际应用中的性能表现。

相关产品

文档还介绍了一些相关的产品，如其他型号的ADC、RF混频器/解调器、放大器/滤波器和信号链接收器等，为工程师在设计系统时提供了更多的选择。

总之，LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14这三款ADC以其高性能、低功耗和灵活的配置，为电子工程师在通信、医疗、数据采集等领域的设计提供了优秀的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和设计要求，合理选择和使用这些ADC，并注意相关的设计要点，以确保系统的性能和稳定性。你在使用这些ADC的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。