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

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關鍵橋梁。今天，我們就來深入了解一款高性能的16位15Msps SAR ADC——LTC2387 - 16。

文件下載：LTC2387-16.pdf

一、產品概述

LTC2387 - 16是一款低噪聲、高速的16位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，具有出色的線性度和寬動態范圍，適用于高速成像、儀器儀表、通信、控制環路等多種應用場景。其15Msps的吞吐量和無流水線延遲、無周期延遲的特性，為高速控制環路應用提供了獨特的解決方案。同時，在高輸入頻率下的低失真特性，使其能夠滿足需要寬動態范圍和大信號帶寬的通信應用需求。

1. 主要特性

• 高速性能：15Msps的吞吐量，可實現快速數據采集。
• 高精度：93.8dB SNR（典型值，(f{IN}=1 MHz)），102dB SFDR（典型值，(f{IN}=1 MHz)），保證了信號的高質量轉換。
• 寬輸入范圍：(8.192V V_{P - P}) 差分輸入，適用于多種信號類型。
• 低功耗：僅125mW的功耗，在高速運行時也能保持較低的能耗。
• 靈活的接口：串行LVDS接口，具有單通道和雙通道輸出模式，可根據應用需求優化接口數據速率。

二、性能參數

1. 電氣特性

• 輸入范圍：絕對輸入范圍（(IN+)和(IN-)）為 - 0.1V 到 (V{REFBUF} + 0.1V)，輸入差分電壓范圍為 - (V{REFBUF}) 到 (V_{REFBUF})。
• 線性誤差：積分線性誤差（INL）最大為 ±0.8LSB，差分線性誤差（DNL）最大為 ±0.8LSB。
• 動態性能：SINAD在不同輸入頻率下表現出色，如 (f{IN}=2kHz) 時典型值為93.9dB；SNR在 (f{IN}=2kHz) 時典型值為94dB；THD在 (f_{IN}=2kHz) 時典型值為 - 117dB。

2. 參考特性

內部參考輸出電壓為2.048V，溫度系數最大為 ±20ppm/°C，輸出阻抗為15kΩ。參考緩沖器輸出電壓為4.096V，可根據需要進行外部驅動。

3. 數字接口特性

數字輸入和輸出具有明確的電壓和電流要求，如PD、TESTPAT等輸入的高電平輸入電壓為1.7V，低電平輸入電壓為0.6V。LVDS輸出具有特定的差分輸出電壓和共模輸出電壓。

4. 功率要求

需要5V、2.5V和2.5V三個電源，在不同工作模式下的功耗不同，如15Msps采樣率時功耗為125mW，掉電模式下功耗可降至10μW。

三、應用信息

1. 轉換器操作

LTC2387 - 16的工作分為采集和轉換兩個階段。在采集階段，采樣電容連接到模擬輸入引腳 (IN+) 和 (IN-) 以采樣差分模擬輸入電壓；轉換階段，ADC通過逐次逼近算法將采樣輸入與參考電壓的二進制加權分數進行比較，最終輸出16位數字代碼。

2. 輸入驅動電路

為了獲得最佳性能，建議使用緩沖放大器驅動模擬輸入。緩沖放大器可提供低輸出阻抗，使模擬信號在采集階段快速穩定，并隔離信號源與ADC輸入的電流尖峰。同時，應注意輸入信號的變化速度，不建議采樣變化速度超過300mV/ns的信號。

3. 輸入濾波

在緩沖輸出和ADC輸入之間放置濾波網絡，可減少緩沖器的噪聲貢獻和ADC采樣瞬變對緩沖器的干擾。簡單的一階低通RC濾波器通常就足夠了，但需確保濾波器的RC時間常數足夠小，以保證模擬輸入在ADC采集時間內穩定。

4. 參考電路

LTC2387 - 16的內部參考電路包括一個低噪聲、低漂移的帶隙參考和一個內部參考緩沖器。可根據需要選擇使用內部參考、外部參考或外部參考緩沖器。使用內部參考時，需進行適當的旁路電容配置；使用外部參考時，可選擇如LTC6655 - 2.048等高性能參考源。

5. 動態性能

通過快速傅里葉變換（FFT）技術測試ADC的頻率響應、失真和噪聲。LTC2387 - 16在不同輸入頻率下的SINAD、SNR和THD表現良好，為信號處理提供了可靠的保障。

6. 功率考慮

需要三個電源供電，且各電源需進行適當的旁路電容配置。LTC2387 - 16沒有特定的電源排序要求，但需注意遵守絕對最大額定值中的電壓關系。掉電模式可在長時間不工作時降低功耗。

7. 時序和控制

轉換由CNV+和 (CNV^{-}) 輸入控制，上升沿觸發轉換。轉換數據在開機或退出掉電模式后的前兩個轉換周期無效，后續結果在滿足轉換時間間隔要求時準確。內部轉換時鐘經過調整，保證了15Msps的吞吐量。

8. 數字接口

采用串行LVDS數字接口，易于連接到FPGA。LVDS信號應作為100Ω差分傳輸線布線，并在接收器端用100Ω電阻端接。可選擇單通道或雙通道輸出模式，雙通道輸出模式可在高采樣率下降低接口數據速率。

9. 電路板布局

需要一個干凈、完整的接地平面的印刷電路板，推薦使用多層板并將內部接地平面置于ADC下方。應盡量分離數字和模擬信號線，避免數字軌道與模擬信號軌道相鄰或在ADC下方。同時，使用高質量的陶瓷旁路電容，并確保其靠近引腳放置。

四、典型應用

1. 低失真輸入驅動電路（高達1MHz）

使用LT6201作為緩沖放大器，可實現低失真的信號采集，在15Msps采樣率和 (f_{IN}=50 kHz) 時，SNR為93dB，THD為 - 115dB。

2. 低功耗、低噪聲輸入驅動電路（高達8kHz）

采用LT6237作為緩沖放大器，適用于對功耗和噪聲要求較高的應用，在15Msps采樣率和 (f_{IN}=8 kHz) 時，SNR為94.0dB，THD為 - 114dB。

五、相關產品

除了LTC2387 - 16，Linear Technology還提供了一系列相關產品，如不同位數和采樣率的ADC、高精度參考源和低噪聲放大器等，可根據具體應用需求進行選擇。

總的來說，LTC2387 - 16以其高速、高精度、低功耗和靈活的接口等特性，為電子工程師在各種應用中提供了一個優秀的選擇。在實際設計中，我們需要根據具體的應用場景和性能要求，合理配置電路參數，優化電路板布局，以充分發揮其性能優勢。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區分享交流。