作者：Mike Walsh, Larry Singer, and Joe DiPilato

AD924x系列是業(yè)界首款超過14 MHz采樣速率的單芯片1位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。采用MQFP-44封裝的三款引腳兼容器件AD9240、AD9243和AD9241的額定時鐘速率分別為10、3和1.25MHz。憑借其12位對應(yīng)產(chǎn)品AD9220/23/21系列，它們構(gòu)成了一套完整的高性能CMOS A/D轉(zhuǎn)換器解決方案。

單芯片單電源AD924x系列轉(zhuǎn)換器終于提供了高性能的優(yōu)勢，同時顯著節(jié)省了成本、功耗和電路板空間。它們將取代的組裝混合體和模塊的成本高達(dá)數(shù)百美元，耗散功率，并且通常封裝在大型 24 引腳 DIP 中;它們采用至少兩個電源供電，通常額定溫度范圍為 0 至 70°C。AD924x系列的價(jià)格和功耗比流行的競爭性混合動力系列低5至20倍，體積更小，動態(tài)特性更好。下表列出了AD924x系列的一些關(guān)鍵規(guī)格[SNR（信噪比）、SINAD（信噪比和失真）、THD（總諧波失真）和SFDR（無雜散動態(tài)范圍）]。這些器件采用 5V 單電源供電，具有所示的低功耗特性。

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它們的高性能、低功耗和低價(jià)格在通信和成像等新興和下一代消費(fèi)類應(yīng)用中尤為重要。它們將用于蜂窩和PCS基站，ADSL/HDSL調(diào)制解調(diào)器，平板和鼓式文檔掃描儀，膠片和X射線掃描儀，紅外和醫(yī)學(xué)成像儀。

對于通信，寬輸入帶寬，低失真和寬動態(tài)范圍以及低功耗是主要吸引力。寬動態(tài)范圍有助于降低接收器IF條的增益要求。高輸入帶寬允許AD924x系列用于欠采樣應(yīng)用，以執(zhí)行IF至基帶下變頻/混頻下降。對于成像而言，其低噪聲、14位無失碼和SNR性能是關(guān)鍵。此外，紅外成像應(yīng)用受益于低功耗（發(fā)熱）;ADC可以靠近紅外傳感器。高性能、低功耗和低價(jià)格的其他應(yīng)用包括：儀器儀表、雷達(dá)、防撞系統(tǒng)、測試設(shè)備、信號分析和數(shù)據(jù)采集。

與ADI公司提供的許多高速轉(zhuǎn)換器一樣，AD924x系列基于多位流水線架構(gòu)，但采用低功耗開關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)。圖1所示為完整ADC的框圖。具有差分輸出的低噪聲寬帶采樣保持放大器（SHA）位于流水線內(nèi)核之前，可接受高達(dá)5 V p-p的單端或差分輸入。從SHA的輸出來看，信號路徑是全差分的。第一個流水線級轉(zhuǎn)換 5 個最高有效位，并放大余數(shù)或殘差，以便在接下來的三個 4 位級進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)換。然后，對四個流水線階段的這些部分轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行時間對齊并相加（有一點(diǎn)重疊），以獲得最終的 14 位結(jié)果。每個時鐘周期都會產(chǎn)生一個新的轉(zhuǎn)換，延遲為 3 個周期。

圖1.14位流水線ADC架構(gòu)。

轉(zhuǎn)換器的整體直流精度（INL、DNL）在很大程度上取決于第一流水線級的精度，而第一級的精度受到電容失配的限制。通過在第一個流水線級轉(zhuǎn)換5位，可以充分抑制電容失配的影響，無需片內(nèi)校準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)14位精度。積分非線性和微分非線性通常分別為±2.5和±0.6 LSB。

A/D的動態(tài)和噪聲性能在很大程度上取決于輸入SHA的性能，輸入SHA經(jīng)過精心優(yōu)化，可在中等寬帶寬內(nèi)提供低噪聲和失真。典型折合到輸入端的噪聲為0.36 LSB或110 mV rms。圖2比較了三個器件在指定采樣速率下的典型S/（N+D）和總諧波失真（THD）與輸入頻率的函數(shù)關(guān)系。這些圖顯示出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出器件各自奈奎斯特頻率的卓越動態(tài)性能。

圖2.SINAD 和 THD 與信號頻率的關(guān)系

片內(nèi)帶隙基準(zhǔn)電壓源可通過引腳綁定至1 V或2.5 V，也可以使用外部電阻分壓器設(shè)置為介于兩者之間的任何電壓。可選地，可以使用外部基準(zhǔn)電壓源。AD924x系列采用44引腳MQFP封裝，工作溫度范圍為-40至+85°C擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍。

審核編輯：郭婷