ADC32RF5x 是一款單核 14 位、2.6 GSPS 至 3 GSPS、雙通道模數轉換器 （ADC），支持輸入頻率高達 3 GHz 的射頻采樣。該設計最大限度地提高了信噪比 （SNR），并提供 -155 dBFS/Hz 的噪聲頻譜密度。使用額外的內部 ADC 和片上信號平均，噪聲密度提高到 -161 dBFS/Hz。

每個ADC通道都可以使用支持相位相干跳頻的48位NCO連接到四頻數字下變頻器（DDC）。使用GPIO引腳進行NCO頻率控制，可以在不到1 μs的時間內實現跳頻。
*附件：adc32rf55.pdf

該ADC32RF54和ADC32RF55支持具有子類 1 確定性延遲的 JESD204B 串行數據接口，數據速率高達 13 Gbps。

高能效ADC架構在3 Gsps時功耗為2.1 W/ch，并以較低的采樣率提供功率擴展。

特性

• 14位、雙通道2.6至3GSPS ADC
• 噪聲頻譜密度：
  • NSD = -155.6 dBFS/Hz（無平均值）
  • NSD = -158.1 dBFS/Hz（2x 平均）
  • NSD = -160.4 dBFS/Hz（4 個平均值）
• 單核（非交錯）ADC架構
• 孔徑抖動：50 fs
• 低近距離殘余相位噪聲：
  • 10 kHz 偏移時為 -127 dBc/Hz
• 頻譜性能（f IN = 1 GHz，-4 dBFS）：
  • 2 倍內部平均
  • 信噪比：62.3 dBFS
  • SFDR HD2,3：63 dBc
  • SFDR 最差雜散：85 dBFS
• 頻譜性能（f IN = 1.8 GHz，-4 dBFS）：
  • 2 倍內部平均
  • 信噪比：63 dBFS
  • SFDR HD2,3：68 dBc
  • SFDR 最差雜散：86 dBFS
• 輸入滿量程：1.1 至 1.35 Vpp（2 至 3.5 dBm）
• 代碼錯誤率 （CER）：10 -15
• 全功率輸入帶寬 （-3 dB）：2.75 GHz
• JESD204B串行數據接口
  • 最大通道速率：13 Gbps
  • 支持子類 1 確定性延遲
• 數字下變頻器
  • 每個ADC通道最多4個DDC
  • 復輸出：4 倍至 128 倍抽取
  • 48 位 NCO 相位相干跳頻
  • 快速跳頻：< 1 us
• 功耗：2.6 W/通道（2x AVG）
• 電源：1.8 V、1.2 V

參數

方框圖

一、產品概述與型號差異

ADC32RF5x 系列是專為射頻采樣設計的高性能雙通道 ADC，通過單核心（非交錯）架構、內部信號平均、可編程 DDC 等技術，平衡高采樣率、低噪聲與靈活信號處理能力。兩款型號僅采樣速率不同，其他功能與封裝完全兼容，便于根據系統帶寬需求選型。

1. 型號核心差異

2. 基礎參數總覽

二、核心功能與性能參數

1. 高速射頻采樣模塊

作為核心功能，ADC32RF5x 支持直接射頻采樣（輸入頻率最高 3GHz），通過內部多 ADC 平均技術優化噪聲性能，適配不同精度需求：

（1）性能參數

• 分辨率與精度 ：
  • 14 位分辨率，微分非線性（DNL）±0.85 LSB，積分非線性（INL）±3.5 LSB；
  • 噪聲特性：無平均時 NSD-155.6 dBFS/Hz，2x 平均時 - 158.1 dBFS/Hz，4x 平均時 - 160.4 dBFS/Hz；
  • 孔徑抖動：典型 50 fs，近距殘余相位噪聲 - 127 dBc/Hz（10kHz 偏移），保障高頻采樣精度。
• 輸入特性 ：
  • 全功率帶寬（-3dB）：2.75 GHz（1x/2x 平均）、2.1 GHz（4x 平均）；
  • 輸入范圍：1.11.35 Vpp（差分），對應 23.5 dBm 功率；
  • 輸入阻抗：默認 100Ω 差分（可通過 SPI 配置為 50Ω），支持 AC/DC 耦合。
• 動態性能 ：
  • 信噪比（SNR）：1GHz 輸入、2x 平均時 62.3 dBFS，1.8GHz 輸入時 63 dBFS；
  • 無雜散動態范圍（SFDR）：1GHz 輸入時 85 dBFS，二階諧波（HD2）63 dBc，三階諧波（HD3）68 dBc；
  • 建立時間：65 ns（1/4~3/4 量程，±2 LSB），支持快速信號跳變捕獲。

（2）關鍵功能

• 多模式平均 ：支持 1x（無平均）、2x、4x 內部 ADC 平均，通過多核心并行采樣降低噪聲（每 2x 平均噪聲改善～3 dB），4x 平均時需將輸入信號分至 INx1/INx2 引腳；
• 模擬抖動抑制 ：可選模擬帶外抖動（帶寬～20MHz，幅度 ±1024 碼），降低低階諧波失真，1GHz 輸入時 SFDR 提升至 89 dBFS；
• 過范圍檢測 ：支持 GPIO 引腳快速指示（延遲～6 時鐘周期）或 JESD 數據流嵌入（替換 LSB），過范圍標志可通過 SPI 清零，適配故障安全設計。

2. 數字下變頻器（DDC）模塊

每個 ADC 通道集成 4 個可編程 DDC，支持復雜信號下變頻與抽取，減少后端處理器數據帶寬壓力：

（1）性能參數

• 抽取范圍 ：4x~128x 復雜抽取，支持單頻段（1 個 DDC）、雙頻段（2 個 DDC）、四頻段（4 個 DDC）模式；
• NCO 精度 ：48 位相位累加器，頻率分辨率 ±0.001 Hz（3GSPS 采樣時），支持相位相干跳頻，跳頻時間 < 1μs；
• 濾波特性 ：復雜抽取模式下通帶帶寬～80%，阻帶抑制≥85 dB；實抽取模式下通帶帶寬～40%，無頻率偏移。

（2）關鍵功能

• 靈活頻段配置 ：單頻段模式支持 4x 抽取（帶寬 750MHz@3GSPS），四頻段模式支持 128x 抽取（帶寬 23.4MHz@3GSPS），適配寬窄帶信號并行處理；
• 相位相干跳頻 ：通過 SYSREF 信號同步 NCO 相位，多次跳頻后相位連續，無相位突變導致的雜散；
• 動態模式切換 ：支持單頻段與四頻段模式動態切換（無需重啟 JESD 接口），切換時保持 SerDes 速率與 lanes 數不變，適配多帶寬場景。

3. JESD204B 高速接口模塊

集成 JESD204B 串行數據接口，支持高速數據傳輸與確定性延遲，適配 FPGA / 處理器后端處理：

（1）性能參數

• 傳輸速率 ：最高 13 Gbps/lane，支持 8 lanes 并行，總帶寬 104 Gbps（3GSPS 時）；
• 延遲特性 ：子類 1 確定性延遲，抽取 4x 時延遲 456 時鐘周期，支持多器件同步；
• 信號完整性 ：輸出擺幅 700 mVpp（差分），隨機抖動（RJ）0.6 ps RMS（12.8 Gbps），確定性抖動（DJ）14.7 ps pp。

（2）關鍵功能

• 多幀配置 ：支持 LMFS（L=M=F=S）靈活配置，如 8-2-8-20（8 lanes、2 轉換器、8 字節 / 幀、20 幀 / 多幀），適配不同數據壓縮需求；
• 初始 lane 對齊（ILA） ：自動發送 K28.5 逗號字符實現碼組同步，支持 4 個多幀的 ILA 序列，保障多 lane 數據對齊；
• 測試模式 ：支持 PRBS（2^7-1 至 2^31-1）、 Ramp、交替碼型輸出，簡化接口調試，無需接入實際模擬信號。

4. 校準與同步模塊

（1）Foreground 校準

• 校準對象 ：補償 ADC 增益 / 偏移誤差、溫度漂移，支持單通道 / 雙通道同時校準；
• 校準方式 ：通過 SPI 觸發或 GPIO1 引腳觸發，校準時間～23 ms×3GSPS / 實際采樣率，校準后 INL 改善至 ±2 LSB；
• 后臺校準 ：支持連續校準模式，切換備用 ADC 核心時輸出幅度波動 < 0.05 dB，相位變化 < 0.01°，無數據丟失。

（2）系統同步（SYSREF）

• 同步功能 ：外部 SYSREF 信號（差分輸入，100Ω 端接）用于復位 NCO、DDC 與 JESD 接口，實現多 ADC 相位同步；
• 捕獲窗口 ：內置 ±50 ps SYSREF 捕獲窗口監測，避免時鐘滑移導致的同步誤差，支持 AC/DC 耦合配置；
• 多器件同步 ：SYSREF 頻率需為內部多幀時鐘（LMFC）的子諧波，支持 16 個 SYSREF 脈沖后自動停止捕獲，適配大規模多芯片系統。

三、功能架構與典型應用

1. 核心架構

采用 “模擬采樣 - 數字處理 - 高速傳輸” 三層架構，模塊協同實現高可靠性射頻采樣：

• 模擬采樣層 ：雙通道獨立 ADC 核心（每通道含 4 個內部 ADC 用于平均），支持 100Ω/50Ω 輸入端接，模擬抖動抑制；
• 數字處理層 ：每通道 4 個 DDC（含 48 位 NCO）、抽取濾波器、過范圍檢測邏輯，實現信號下變頻與帶寬壓縮；
• 高速傳輸層 ：JESD204B 接口（8 lanes）、SerDes 輸出 MUX（支持 lane 重排序）、測試模式生成器，保障數據高速傳輸與調試。

2. 典型應用場景：寬帶射頻采樣接收機

（1）應用原理

ADC32RF55 直接采樣 3GHz 以下射頻信號，通過 2x 內部平均降低噪聲（NSD-158.1 dBFS/Hz），DDC 將信號下變頻至中頻（如 75MHz）并 16x 抽取，數據通過 JESD204B 接口傳輸至 FPGA（如 Xilinx UltraScale+）進行后續信號處理：

• 核心電路 ：射頻信號經 Balun 變壓器（如 Marki BAL-0009SMG）轉換為差分信號，AC 耦合至 INx1 引腳；采樣時鐘由低噪聲時鐘源（如 LMK04832）提供，SYSREF 信號同步多 ADC；
• 關鍵參數 ：3GSPS 采樣、4x 抽取時，有效帶寬 750MHz，SNR 65 dBFS，滿足相控陣雷達多通道信號采集需求。

（2）設計要點

• 電源設計 ：AVDD18/AVDD12/CLKVDD/DVDD 需獨立供電，CLKVDD 采用低噪聲 LDO（如 TPS7A8400），各電源引腳就近并 0.1μF 陶瓷電容 + 10μF 鉭電容，抑制射頻噪聲；
• 布局建議 ：模擬輸入（INx1/INx2）與時鐘（CLKP/M）采用 100Ω 差分布線，長度匹配誤差 < 5 mil；數字信號（JESD lanes）與模擬信號分區隔離，模擬地與數字地單點連接；
• 同步設計 ：SYSREF 信號與采樣時鐘邊緣對齊，使用 50Ω 阻抗匹配，布線長度短于 10cm，避免同步延遲導致的相位偏差。

四、電氣特性與設計建議

1. 關鍵電氣特性（典型值，TA=25℃，VDD=1.8V/1.2V）

2. 設計建議

（1）電源與時鐘設計

• 電源隔離 ：AVDD12/CLKVDD 與 DVDD 不可共地，避免數字開關噪聲耦合至模擬電路；推薦采用 “開關電源 + LDO” 兩級供電，開關電源（如 LMS3635）提供高效率，LDO 抑制開關噪聲；
• 時鐘優化 ：采樣時鐘幅度需 > 1 Vpp（差分），使用帶通濾波器（如 Mini-Circuits TCM2-43X+）濾除時鐘雜散，時鐘線與模擬輸入線間距 > 2mm，減少串擾。

（2）PCB 布局

• 分區設計 ：將模擬區（INx1/INx2、CLKP/M、VREF）、數字區（JESD lanes、SPI）、電源區（LDO、濾波電容）嚴格分區，模擬區鋪銅厚度≥2oz，降低阻抗；
• 熱設計 ：底部熱焊盤通過 4 個過孔連接至大面積接地銅皮，結到環境熱阻 RθJA=20.1℃/W，確保滿負荷時結溫 < 105℃；
• 射頻防護 ：模擬輸入引腳附近預留 50Ω/100Ω 匹配電阻位置，INx2 引腳未使用時需接地，避免噪聲耦合。

（3）校準與同步配置

• 上電校準 ：上電后需執行 Foreground 校準（SPI 寫入 0x20 頁 0x45 寄存器），校準前確保 SYSREF 信號穩定，校準后 INL 改善至 ±2 LSB；
• SYSREF 配置 ：通過 0x02 頁 0x236 寄存器啟用 SYSREF 計數，AC 耦合時需配置 0xB4 寄存器啟用內部偏置，確保同步窗口內無信號跳變；
• JESD 調試 ：初期可啟用 Ramp 測試模式（0x04 頁 0x2E 寄存器），驗證 lane 對齊與數據傳輸，無誤后切換至正常采樣模式。