LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14：高性能雙路ADC的詳細解析

在電子設計領域，模數轉換器（ADC）扮演著至關重要的角色，尤其是在處理高頻、寬動態范圍信號的通信應用中。今天，我們就來深入了解一下Linear Technology公司推出的LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14這三款14位、低功耗雙路ADC。

文件下載：LTC2143-14.pdf

產品概述

LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14是2通道同時采樣的14位A/D轉換器，專為數字化高頻、寬動態范圍信號而設計。它們適用于對性能要求苛刻的通信應用，具備73.1dB的信噪比（SNR）和90dB的無雜散動態范圍（SFDR），超低抖動（0.08 psRMS）允許對中頻（IF）頻率進行欠采樣，且具有出色的噪聲性能。

主要特性

高性能指標

• 高分辨率：14位分辨率，無丟失碼，確保了精確的信號轉換。
• 出色的動態性能：SNR高達73.1dB，SFDR達到90dB，能夠有效抑制雜散信號，提供清晰的信號輸出。
• 低抖動：0.08 psRMS的超低抖動，使得在欠采樣IF頻率時仍能保持良好的噪聲性能。

低功耗設計

三款ADC的總功耗分別為189mW（LTC2145-14）、149mW（LTC2144-14）和113mW（LTC2143-14），單通道功耗分別為95mW、75mW和57mW，非常適合對功耗敏感的應用。

靈活的輸出模式

支持全速率CMOS、雙倍數據速率CMOS或雙倍數據速率LVDS輸出，可根據不同的應用需求進行選擇。

可選特性

• 可選輸入范圍：輸入范圍可在1Vp-p至2Vp-p之間選擇，增加了應用的靈活性。
• 時鐘占空比穩定器：可選的時鐘占空比穩定器允許在較寬的時鐘占空比范圍內實現高速高性能運行。
• 數據輸出隨機化：可通過隨機化數字輸出減少干擾，降低輸出頻譜中的雜散信號。

應用領域

• 通信領域：適用于蜂窩基站、軟件定義無線電等通信系統，能夠滿足高頻、寬動態范圍信號的處理需求。
• 醫療成像：在便攜式醫療成像設備中，可實現對微弱信號的精確采集和處理。
• 多通道數據采集：能夠同時對多個通道的信號進行采樣和轉換，提高數據采集效率。
• 無損檢測：用于無損檢測設備，可檢測微小的信號變化，確保檢測的準確性。

電氣特性

轉換器特性

• 積分線性誤差（INL）：典型值為±1LSB，確保了轉換的線性度。
• 差分線性誤差（DNL）：典型值為±0.3LSB，保證了每個量化臺階的一致性。
• 偏移誤差：在全溫度范圍內，偏移誤差控制在±1.5mV以內。
• 增益誤差：內部參考時，增益誤差為±1.5%FS；外部參考時，增益誤差在-1.8%FS至0.9%FS之間。

模擬輸入特性

• 輸入范圍：在1.7V < VDD < 1.9V的條件下，模擬輸入范圍為1Vp-p至2Vp-p。
• 輸入共模電壓：差分模擬輸入時，輸入共模電壓范圍為0.7V至1.25V。
• 輸入漏電流：各輸入引腳的漏電流在規定范圍內，確保了輸入信號的穩定性。

動態精度特性

在不同的輸入頻率下，SNR、SFDR等動態指標表現出色，能夠滿足大多數應用的需求。例如，在5MHz輸入時，SNR可達73.1dB，SFDR可達90dB。

引腳配置與功能

通用引腳

• VDD：模擬電源，電壓范圍為1.7V至1.9V，需用0.1μF陶瓷電容旁路至地。
• VCM1和VCM2：分別為通道1和通道2的共模偏置輸出，標稱值為VDD/2，需用0.1μF陶瓷電容旁路至地。
• GND：ADC電源地。
• AIN1+和AIN1-：通道1的正負差分模擬輸入。
• AIN2+和AIN2-：通道2的正負差分模擬輸入。
• REFH和REFL：ADC的高低參考，需按照推薦的旁路電路進行連接。
• PAR/SER：編程模式選擇引腳，用于選擇串行或并行編程模式。
• ENC+和ENC-：編碼輸入，轉換在ENC+的上升沿或ENC-的下降沿開始。
• CS：在串行編程模式下為串行接口芯片選擇輸入；在并行編程模式下控制時鐘占空比穩定器。
• SCK：在串行編程模式下為串行接口時鐘輸入；在并行編程模式下控制數字輸出模式。
• SDI：在串行編程模式下為串行接口數據輸入；在并行編程模式下與SDO一起用于控制電源狀態。
• SDO：在串行編程模式下為可選的串行接口數據輸出；在并行編程模式下與SDI一起用于控制電源狀態。
• VREF：參考電壓輸出，標稱值為1.25V，需用2.2μF陶瓷電容旁路至地。
• SENSE：參考編程引腳，用于選擇內部參考和輸入范圍。

不同輸出模式下的引腳

• 全速率CMOS輸出模式：各數據輸出引腳（D1_0至D1_13和D2_0至D2_13）、溢出輸出（OF1和OF2）和數據輸出時鐘（CLKOUT+和CLKOUT-）具有CMOS輸出電平。
• 雙倍數據速率CMOS輸出模式：兩個數據位復用在每個輸出引腳上，減少了輸出線的數量。
• 雙倍數據速率LVDS輸出模式：每個差分輸出對復用兩個數據位，輸出電流電平可編程，可選內部100Ω終端電阻。

應用信息

轉換器操作

• 電源：采用單1.8V電源供電，模擬輸入應采用差分驅動，編碼輸入可采用差分或單端驅動，以降低功耗。
• 數字輸出：可通過串行SPI端口對模式控制寄存器進行編程，選擇不同的數字輸出模式，如全速率CMOS、雙倍數據速率CMOS或雙倍數據速率LVDS。

模擬輸入

• 輸入電路：模擬輸入為差分CMOS采樣保持電路，輸入應圍繞由VCM1或VCM2輸出引腳設置的共模電壓進行差分驅動。
• 輸入驅動電路：
  • 輸入濾波：建議在模擬輸入處設置RC低通濾波器，以隔離驅動電路與A/D采樣保持開關，并限制驅動電路的寬帶噪聲。
  • 變壓器耦合電路：在較高輸入頻率下，采用傳輸線巴倫變壓器可獲得更好的平衡，降低A/D失真。
  • 放大器電路：可使用高速差分放大器或RF增益塊驅動模擬輸入，以優化信號質量。

參考電路

• 內部參考：芯片內部具有1.25V電壓參考，可通過連接SENSE引腳選擇不同的輸入范圍。
• 外部參考：可通過向SENSE引腳施加0.625V至1.30V的電壓來調整輸入范圍。

編碼輸入

• 差分編碼模式：適用于正弦波、PECL或LVDS編碼輸入，編碼輸入內部偏置為1.2V，輸入范圍可高于VDD（最高3.6V），共模范圍為1.1V至1.6V。
• 單端編碼模式：適用于CMOS編碼輸入，ENC-連接到地，ENC+由方波編碼輸入驅動。

時鐘占空比穩定器

為確保良好的性能，編碼信號的占空比應保持在50%（±5%）。可選的時鐘占空比穩定器可使編碼占空比在30%至70%之間變化，并保持內部50%的恒定占空比。

數字輸出

• 輸出模式：支持全速率CMOS、雙倍數據速率CMOS和雙倍數據速率LVDS三種輸出模式，可通過模式控制寄存器進行設置。
• 可編程LVDS輸出電流：在LVDS模式下，默認輸出驅動電流為3.5mA，可通過串行編程調整為1.75mA、2.1mA、2.5mA、3mA、3.5mA、4mA和4.5mA。
• 可選LVDS驅動內部終端：可通過串行編程啟用內部100Ω終端電阻，以吸收接收器處不完善終端引起的反射。
• 溢出位：當模擬輸入超出范圍時，溢出輸出位輸出邏輯高電平，與數據位具有相同的流水線延遲。
• 輸出時鐘相移：可通過串行編程模式控制寄存器A2對CLKOUT+/CLKOUT-信號進行相移，以滿足數據鎖存的建立和保持時間要求。

數據格式

默認輸出數據格式為偏移二進制，可通過串行編程模式控制寄存器A4選擇2的補碼格式。

數字輸出隨機化和交替位極性

• 數字輸出隨機化：通過對數字輸出進行隨機化處理，可減少輸出頻譜中的雜散信號。
• 交替位極性：通過反轉奇數位，可減少電路板接地平面中的數字電流，降低數字噪聲。

數字輸出測試模式

可通過串行編程模式控制寄存器A4啟用數字輸出測試模式，強制A/D數據輸出為已知值，方便進行電路測試。

輸出禁用

可通過串行編程模式控制寄存器A3禁用數字輸出，適用于電路測試或長時間不活動的情況。

睡眠和休眠模式

可將A/D置于睡眠或休眠模式以節省功耗。睡眠模式下整個設備斷電，功耗僅為1mW；休眠模式下A/D核心斷電，內部參考電路保持活動，喚醒速度更快。

設備編程模式

• 并行編程模式：將PAR/SER引腳連接到VDD，通過CS、SCK、SDI和SDO引腳設置某些操作模式。
• 串行編程模式：將PAR/SER引腳連接到地，通過CS、SCK、SDI和SDO引腳組成的串行接口對A/D模式控制寄存器進行編程。

接地和旁路

• 接地：需要一個干凈、完整的接地平面，建議使用多層電路板，將內部接地平面置于ADC下方的第一層。
• 旁路：在VDD、OVDD、VCM、VREF、REFH和REFL引腳處使用高質量陶瓷旁路電容，并確保電容盡可能靠近引腳。

熱傳遞

大部分熱量通過底部暴露焊盤和封裝引腳傳遞到印刷電路板上，為確保良好的電氣和熱性能，暴露焊盤必須焊接到電路板上的大接地焊盤，并通過陣列過孔連接到內部接地平面。

典型應用

文檔中給出了LTC2145-14的典型應用電路和相關的FFT頻譜圖，展示了其在實際應用中的性能表現。

相關產品

文檔還介紹了一些相關的產品，如其他型號的ADC、RF混頻器/解調器、放大器/濾波器和信號鏈接收器等，為工程師在設計系統時提供了更多的選擇。

總之，LTC2145-14/LTC2144-14/LTC2143-14這三款ADC以其高性能、低功耗和靈活的配置，為電子工程師在通信、醫療、數據采集等領域的設計提供了優秀的解決方案。在實際應用中，工程師需要根據具體的需求和設計要求，合理選擇和使用這些ADC，并注意相關的設計要點，以確保系統的性能和穩定性。你在使用這些ADC的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。