在電子設計領域，模數轉換器（ADC）是連接模擬世界和數字世界的橋梁，其性能直接影響到整個系統的精度和穩定性。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的一款高性能ADC——ADS828。

文件下載：ads828.pdf

一、產品概述

ADS828是一款采用單+5V電源供電的流水線式CMOS模數轉換器。它具有10位分辨率，最高采樣頻率可達75MHz，單端輸入范圍為1.5V至3.5V。該轉換器不僅在單端輸入模式下表現出色，還支持差分輸入，能有效提升雜散性能。此外，它還具備內部/外部參考選項、可編程輸入范圍等特性，可廣泛應用于HDTV視頻數字化、醫療成像、通信和測試設備等領域。

二、產品特性

2.1 高性能指標

• 高信噪比（SNR）：達到58dB，能夠有效減少噪聲干擾，提高信號的質量和清晰度，適用于對信號精度要求較高的應用場景。
• 低功耗：正常工作時功耗僅為325mW，還具備掉電模式，功耗可降至20mW，有助于降低系統整體功耗，延長設備的續航時間。
• 低差分非線性（DNL）：最大為0.4LSB，保證了轉換的線性度和準確性，減少了量化誤差。

2.2 靈活的接口與配置

• 邏輯I/O兼容性：支持+3V/+5V邏輯I/O，方便與不同邏輯電平的系統進行接口。
• 參考選項：提供內部/外部參考選擇，用戶可以根據實際需求靈活配置，在多通道應用或需要調整滿量程范圍的場景中具有很大優勢。
• 可編程輸入范圍：輸入范圍可設置為1Vp-p或2Vp-p，能夠適應不同幅度的輸入信號。

2.3 多種輸入模式

支持單端或差分模擬輸入，用戶可以根據具體應用選擇合適的輸入方式，以獲得更好的性能。

三、電氣特性

3.1 分辨率與溫度范圍

ADS828保證10位分辨率，工作溫度范圍為-40°C至+85°C，能夠在較寬的溫度環境下穩定工作。

3.2 輸入特性

• 輸入范圍：標準單端輸入范圍為1.5V至3.5V，可選單端輸入范圍為2Vp-p或1Vp-p，差分輸入范圍也為2Vp-p。
• 輸入阻抗：輸入阻抗為1.25MΩ || 5pF，在不同的輸入模式下都能保證良好的信號傳輸。
• 輸入帶寬：跟蹤模式下-3dBFS輸入帶寬為300MHz，能夠處理高頻信號。

3.3 轉換特性

• 采樣率：最高采樣率可達75M Samples/s，滿足高速數據采集的需求。
• 數據延遲：數據延遲為5個時鐘周期，這是流水線架構帶來的固有延遲。

3.4 動態特性

• 差分線性誤差：在1MHz和10MHz信號頻率下，最大差分線性誤差分別為±1.0LSB和±0.4LSB，保證了良好的線性度。
• 無雜散動態范圍（SFDR）：在1MHz和10MHz信號頻率下，SFDR分別為70dBFS和68dBFS，有效抑制了雜散信號。
• 信噪比（SNR）：在1MHz和10MHz信號頻率下，SNR分別為58dB和55 - 57dB，能夠提供高質量的信號轉換。

四、引腳配置與功能

ADS828采用SSOP-28封裝，各引腳具有不同的功能：

• 電源與地引腳：+Vs為+5V電源引腳，GND為接地引腳，為芯片提供穩定的電源供應。
• 數據輸出引腳：Bit1 - Bit10為10位數據輸出引腳，輸出轉換后的數字信號。
• 控制引腳：OE為輸出使能引腳，PD為掉電控制引腳，CLK為轉換時鐘輸入引腳，RSEL為輸入范圍選擇引腳，INT/EXT為參考選擇引腳。
• 參考引腳：REFT和REFB分別為頂部和底部參考引腳，為轉換提供參考電壓。

五、應用信息

5.1 工作原理

ADS828采用流水線式轉換器架構，由9個內部級組成。每個級將數據輸入到數字誤差校正邏輯中，確保在10位級別上具有出色的差分線性度和無丟失碼。輸出數據在時鐘上升沿變為有效，流水線架構導致數據延遲為5個時鐘周期。

5.2 輸入配置

• 交流耦合、單電源接口：這是ADS828的典型配置，輸入跟蹤保持器對模擬輸入信號進行單端到差分轉換。通過合理設置參考電壓和偏置電路，可以實現良好的信號處理。
• 驅動模擬輸入：ADS828在單端或差分模式下都能實現出色的交流性能。在放大器輸出和ADS828輸入之間添加一個小的串聯電阻（$R_{S}$）可以改善性能，該電阻可以解耦放大器輸出與容性負載，避免增益峰值，同時與10pF電容構成無源低通濾波器，提高SNR性能。
• 交流耦合、雙電源接口：當選擇的放大器采用雙電源工作時，可以充分利用低失真運算放大器的優勢，通過電容耦合將單端信號輸入到ADS828，并使用兩個電阻滿足其共模要求。
• 直流耦合與電平轉換：對于需要信號路徑包含直流的應用，接口電路需要提供直流電平轉換。可以使用雙運算放大器實現信號的驅動和電平轉換，同時通過調整電阻值來校正輸入偏移。
• 單端到差分配置（變壓器耦合）：如果需要將單端信號源轉換為差分信號輸入到ADS828，RF變壓器是一個不錯的選擇。選擇具有中心抽頭的變壓器，并通過交流接地中心抽頭產生差分信號擺動，同時可以考慮使用升壓變壓器來提高信號放大倍數，減少失真。

5.3 參考操作

ADS828的內部參考電路包括帶隙電壓參考、頂部和底部參考驅動器以及電阻參考梯。通過設置RSEL引腳和INT/EXT引腳，可以選擇輸入范圍和參考模式。在使用內部參考時，需要注意對參考引腳進行適當的旁路處理，以減少時鐘饋通。此外，CM引腳提供的共模電壓可以作為偏置電壓，但需要注意不要過度加載該節點。

5.4 外部參考操作

在需要更高精度、更好的溫度性能或更寬的滿量程范圍調整時，可以禁用內部參考，使用外部參考電壓。外部參考的取值范圍需要滿足一定條件，即外部頂部參考$REFT{EXT}$在$(V{S}-1.25 ~V)$和(REFB +0.8V)之間，外部底部參考$REFB_{EXT}$在1.25V和(REFT – 0.8V)之間。

5.5 數字輸入與輸出

• 時鐘輸入要求：時鐘抖動對高速、高分辨率ADC的SNR性能至關重要。ADS828在CLK輸入的上升沿采樣輸入信號，因此該邊沿應具有盡可能低的抖動。在欠采樣應用中，更要特別注意時鐘抖動的影響。時鐘輸入應被視為模擬輸入，避免過沖或下沖，在高采樣率下，時鐘應具有50%的占空比和2ns或更短的上升和下降時間。使用3V邏輯電平驅動時鐘輸入可能會提高轉換器的交流性能。
• 數字輸出：ADS828的輸出數據格式為正直偏移二進制碼，可以通過反轉MSB輕松轉換為二進制補碼。為了保證性能，應盡量降低數據線上的電容負載（≤15 pF），必要時可以使用外部緩沖器或鎖存器來減少電容負載，并隔離數字噪聲。

5.6 接地與去耦

在高頻設計中，正確的接地和旁路、短引線長度以及使用接地平面非常重要。建議使用多層PCB板，以最小化接地阻抗，分離信號層和接地層。ADS828應被視為模擬組件，盡可能使用模擬電源供電，以減少數字噪聲的干擾。所有接地引腳內部相連，應直接連接到模擬接地平面。同時，需要對所有電源和參考引腳進行充分的旁路處理，使用0.1μF陶瓷芯片電容和較大的雙極電容（1μF至22μF）來降低阻抗。

六、總結

ADS828是一款性能卓越、功能豐富的模數轉換器，具有高信噪比、低功耗、靈活的接口配置等優點。在實際應用中，我們需要根據具體的需求和場景，合理選擇輸入配置、參考模式和時鐘信號，同時注意接地和去耦等問題，以充分發揮其性能優勢。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地了解和使用ADS828，在設計中取得更好的效果。你在使用ADS828的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。