ADS922x是一系列16位、高速、雙通道、同步采樣、模數轉換器（ADC），具有用于ADC輸入的集成驅動器。集成的ADC驅動器簡化了信號鏈，降低了精密應用的功耗，并支持超過1MHz的高頻信號。由于不需要外部去耦電容，集成ADC基準電壓緩沖器針對寬帶寬應用進行了優化。

ADS922x使用串行LVDS （SLVDS）數據接口，支持高速數字接口，同時最大限度地降低數字開關噪聲。使用每個ADC通道的單獨SLVDS輸出或兩個ADC通道的一個SLVDS輸出讀取雙通道ADC數據。
*附件：ads9227.pdf

特性

• 高速采樣率：20MSPS/ch
  • ADS9229：20MSPS/通道，230mW/通道
  • ADS9228：10MSPS/通道，146mW/通道
  • ADS9227：5MSPS/通道，95mW/通道
• 2 通道，同時采樣
• 功能集成：
  • 集成ADC驅動器
  • 集成精密參考
  • 共模電壓輸出緩沖器
• 高性能：
  • 16 位無缺失碼
  • INL：±0.3LSB，DNL：±0.3LSB
  • 信噪比：93.9dB
• 寬輸入帶寬 （–3dB）：
  • ADS9229和ADS9228：90MHz
  • ADS9227：45MHz
• 串行LVDS接口：
  • SDR 和 DDR 輸出模式
  • 同步時鐘和數據輸出
• 擴展工作范圍：–40°C 至 +125°C

參數

方框圖

ADS922x 系列（含 ADS9227/ADS9228/ADS9229）是德州儀器（TI）推出的高集成度雙路同步采樣 16 位逐次逼近型（SAR）ADC，集成 ADC 輸入驅動、高精度參考源、共模電壓輸出緩沖及高速串行 LVDS 接口，專為高速、高精度數據采集設計，適用于功率分析儀、源測量單元（SMU）、伺服驅動位置反饋、船舶設備及交直流電源等場景，具備寬輸入帶寬、低失真、低功耗特性，工作溫度覆蓋 - 40°C~+125°C 工業級范圍。

一、核心特性與器件差異

1. 共性核心特性

• 高精度同步采樣 ：
  • 雙路同步采樣，16 位分辨率無失碼（NMC），微分非線性（DNL）最大 ±0.3LSB，積分非線性（INL）最大 ±0.3LSB（ADS9229）/±0.75LSB（ADS9228/ADS9227）；
  • 低直流誤差：偏移誤差最大 ±10LSB，偏移漂移典型 1ppm/°C；增益誤差最大 ±0.05% FSR，增益漂移典型 2ppm/°C；
  • 優異 AC 性能：1kHz 輸入時，信噪比（SNR）典型 93.8dBFS、總諧波失真（THD）典型 - 120dB、無雜散動態范圍（SFDR）典型 120dB，通道隔離串擾典型 120dB。
• 寬頻帶與高速度 ：
  • 輸入帶寬（-3dB）：ADS9229/ADS9228 達 90MHz，ADS9227 達 45MHz，支持 1MHz 以上高頻信號采集；
  • 采樣率靈活：最高 20MSPS/ch（ADS9229）、10MSPS/ch（ADS9228）、5MSPS/ch（ADS9227），適配不同速率需求。
• 高集成模擬前端 ：
  • 集成 ADC 輸入驅動放大器，無需外部緩沖電路，簡化信號鏈；
  • 內置 4.096V 高精度參考源（溫度漂移典型 6ppm/°C），支持外部參考輸入（4.076V~4.116V），REFIO 引腳需并聯 10μF 去耦電容；
  • 共模電壓輸出緩沖（VCMOUT），典型輸出 2.4V，用于匹配 ADC 輸入共模電壓，需并聯 1μF 去耦電容。
• 高速 LVDS 數字接口 ：
  • 支持串行 LVDS（SLVDS）接口，提供 1 通道（DOUTA）或 2 通道（DOUTA/DOUTB）輸出選項，兼容單數據率（SDR）與雙數據率（DDR）模式；
  • 數據幀寬可配置（20 位 / 24 位），支持測試模式（固定圖案、數字斜坡、交替圖案）用于接口調試；
  • 同步時鐘與數據輸出（DCLK/FCLK），時鐘頻率最高 480MHz（2 通道 DDR 模式），降低數字噪聲干擾。
• 功能增強與可靠性 ：
  • 內置 10 位溫度傳感器（精度 ±2.5°C），支持通過 SPI 讀取芯片內部溫度；
  • 數據平均功能：支持 2/4/8/16 倍過采樣（OSR），可提升 SNR（最高 97dBFS@OSR=16）；
  • 數字下變頻器（DDC）：集成 24 位數控振蕩器（NCO）與數字混頻器，輸出 I/Q 復數信號，適配射頻信號采集；
  • ESD 防護：模擬輸入 ±2000V（HBM）、其他引腳 ±1000V（HBM）、全引腳 ±500V（CDM），符合工業級可靠性要求。

2. 器件差異（ADS9227 vs ADS9228 vs ADS9229）

二、封裝與引腳功能

1. 封裝規格

全系采用 6mm×6mm 40 引腳 VQFN（RHA 封裝），引腳間距 0.5mm，最大高度 1mm，底部裸露熱焊盤（需與 PCB 熱焊盤焊接以優化散熱），熱阻參數：

• 結到環境（RθJA）25.8°C/W，結到板（RθJB）7.5°C/W，結到殼頂（RθJC (top)）13.3°C/W，適配高密度 PCB 布局，支持惡劣環境散熱需求。

2. 關鍵引腳分類與功能

三、電氣規格與工作條件

1. 電源要求

2. 關鍵電氣參數（典型值，TA=25°C，AVDD_5V=5V，VDD_1V8=1.8V）

四、核心功能與工作模式

1. 模擬前端與采樣流程

• 信號路徑 ：差分輸入→ADC 輸入驅動→SAR ADC→數字信號處理（可選過采樣 / DDC）→LVDS 接口輸出；
• 同步采樣 ：雙路 ADC 共享同一采樣時鐘（SMPL_CLK），在時鐘下降沿同步采樣，確保通道間相位一致性，適配功率分析、電機控制等需多通道同步的場景；
• 共模電壓匹配 ：通過 VCMOUT 引腳提供共模電壓，輸入信號共模電壓需匹配 VCMOUT（±70mV），避免共模噪聲導致的失真。

2. 數據處理與接口

• 數據平均（過采樣） ：
  • 支持 2/4/8/16 倍過采樣，通過寄存器配置 OSR_EN/OSR bits，過采樣率越高，SNR 提升越顯著（OSR=16 時 SNR 達 97dBFS）；
  • 過采樣濾波器可通過 SMPL_SYNC 引腳復位，支持多器件同步過采樣。
• 數字下變頻器（DDC） ：
  • 集成 24 位 NCO 與數字混頻器，可將輸入信號下變頻至基帶，輸出 24 位 I/Q 復數數據；
  • NCO 頻率與相位可通過寄存器配置（NCO_FREQUENCY/NCO_PHASE），支持頻率捷變，適配射頻信號采集。
• LVDS 接口配置 ：
  • 通道模式 ：1 通道（DOUTA 輸出雙路數據）或 2 通道（DOUTA/DOUTB 分別輸出 A/B 路數據）；
  • 數據速率 ：SDR（單沿采樣）或 DDR（雙沿采樣），DDR 模式下數據速率翻倍；
  • 時鐘計算 ：DCLK 頻率 =（2 通道 × 數據幀寬）/（輸出通道數 × 數據速率）× 采樣時鐘，例如 2 通道、24 位幀寬、DDR 模式、20MSPS 采樣率時，DCLK=（2×24）/（2×2）×20MHz=240MHz。

3. 低功耗與復位模式

• 掉電模式 ：
  • 通道掉電（PD_CH bits）：可單獨關閉 ADC A/B 或同時關閉，掉電后模擬部分電流顯著降低；
  • 全芯片掉電（PD_CHIP bit）：關閉所有電路，僅保留寄存器配置，AVDD_5V 電流典型 2mA；
• 復位模式 ：
  • 硬件復位（RESET 引腳低有效）或軟件復位（RESET bit），復位后寄存器恢復默認值，需重新初始化配置。

五、寄存器配置

1. 核心寄存器功能

• 配置寄存器（Bank 0） ：
  • 00h：SPI 模式（SPI_MODE）、讀使能（SPI_RD_EN）、芯片復位（RESET）；
  • 01h：菊花鏈長度（DAISY_CHAIN_LEN），支持多器件 SPI 級聯；
  • 03h：寄存器組選擇（REG_BANK_SEL），切換 Bank 0/1/2。
• 功能寄存器（Bank 1） ：
  • 0Dh：數據格式（DATA_FORMAT，二進制 / 二進制補碼）、過采樣使能（OSR_EN）、增益校準使能（GE_CAL_EN）；
  • 12h：數據通道數（DATA_LANES，1/2 通道）、XOR 隨機化使能（XOR_EN，降低接地反彈）；
  • C0h：通道掉電控制（PD_CH）、過采樣時鐘配置（OSR_CLK）；
  • C1h：參考源選擇（PD_REF，內部 / 外部）、數據速率（DATA_RATE，SDR/DDR）；
  • FBh：DDC 使能（MIXER_EN）、NCO 同步（NCO_SYSREF）。
• 溫度傳感器寄存器（Bank 1） ：
  • 90h：溫度傳感器數據加載（TS_LD），觸發讀取溫度；
  • 91h：10 位溫度傳感器數據（TEMPERATURE_SENSOR），溫度計算公式：Temperature = -85.0172 + (10 位輸出 ×0.24918) °C。

2. SPI 配置流程

• 寫操作 ：需 2 個 24 位幀，第 1 幀選擇寄存器組（Bank 1/2），第 2 幀寫入寄存器地址與數據；
• 讀操作 ：需 4 個 24 位幀，第 1 幀選組，第 2 幀使能讀模式，第 3 幀讀取寄存器，第 4 幀禁用讀模式；
• 菊花鏈 ：多器件級聯時，SCLK/CS 共接，SDO 接下一級 SDI，需配置 DAISY_CHAIN_LEN，數據傳輸需 N×24 個 SCLK（N 為器件數）。

六、應用與設計建議

1. 典型應用場景

• 功率分析儀 ：雙路同步采樣電壓 / 電流信號，高精度（THD=-120dB）與寬帶寬（90MHz）支持諧波分析；
• 伺服驅動位置反饋 ：高速采樣（20MSPS）與低延遲（采樣到輸出典型 370ns）適配實時控制；
• 源測量單元（SMU） ：低偏移漂移（1ppm/°C）與高 SNR（93.8dBFS）確保微弱電流 / 電壓信號的精準測量。

2. 設計建議

• 電源與去耦 ：
  • AVDD_5V 與 GND 之間并聯 1μF（X7R 陶瓷，0603）+0.1μF（陶瓷），靠近引腳放置；
  • VDD_1V8 與 GND 之間并聯 1μF+0.1μF 電容，參考源 REFIO 并聯 10μF 電容，VCMOUT 并聯 1μF 電容；
• PCB 布局 ：
  • 劃分模擬區（AINx、REFIO、VCMOUT）與數字區（LVDS、SPI），模擬地與數字地單點連接；
  • 模擬輸入布線對稱，避免與數字信號線交叉，SMPL_CLK 布線長度匹配，減少通道間時延差；
  • LVDS 信號線采用差分布線，阻抗控制 50Ω，長度匹配 ±5mm，靠近接收端并聯 100Ω 匹配電阻；
• 輸入保護 ：模擬輸入建議串聯 10Ω 限流電阻，防止浪涌電流損壞器件，AC 耦合時需通過電阻網絡匹配共模電壓至 VCMOUT。