高性能低功耗模數轉換器ADS249的介紹及其應用

摘要：現代信息處理應用中，對模數轉換器的速度、精度、功耗和動(dòng)態(tài)性能等關(guān)鍵性能指標不斷提出更高的要求。針對模數轉換的實(shí)際應用，提出并設計了一種基于TI公司生產(chǎn)的雙通道14位250MSPS低功耗A／D轉換器ADS4249的RGB視頻編碼器電路設計。這款A／D轉換器的技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)在于其完美的實(shí)現高動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)又能擁有1．8V起低功耗。這一特性使得ADS4249非常適合多載波，寬帶通信的信號處理應用。
關(guān)鍵詞：雙通道；低功耗；模數轉換器；多載波；寬帶通信

伴隨半導體技術(shù)、數字信號處理技術(shù)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，A／D、D／A轉換器近年也呈現高速發(fā)展的趨勢。人類(lèi)數字化的浪潮推動(dòng)了A／D、D／A轉換器不斷變革，現在，在通信產(chǎn)品、消費類(lèi)產(chǎn)品、工業(yè)醫療儀器乃至軍工產(chǎn)品中無(wú)一不顯現A／D、D／A轉換器的身影，可以說(shuō)，A／D、D／A轉換器已經(jīng)成為人類(lèi)實(shí)現數字化的先鋒。
隨著(zhù)混合信號電路在數據傳輸、通信等領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)日益重要的作用，高帶寬、高性能的模數轉換器設計成為了關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)。尤其是在信息應用中，對摸救轉換器的速度、精度、功耗、和動(dòng)態(tài)性能等關(guān)鍵性能指標都提出了更高的要求。設計系統的實(shí)用性及適用性不僅取決于實(shí)現效率更高、精度更高、功耗更小的系統，同時(shí)還要使之滿(mǎn)足更高性能的規范要求。因此，如何提高模數轉換器的高帶寬、高性能性能及低功耗是衡量系統是否具有良好的應用價(jià)值的標準。為此，針對模數轉換的實(shí)際應用，撮出并設計了一種基于TI公司生產(chǎn)的雙通道14位250MSPS低功耗A／D轉換器ADS4249的RGB視頻編碼器電路設計。
ADS4249，作為T(mén)I雙通道ADS42微功耗12／14位模數轉換器家族的薪成員，這款A／D轉換器的技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)在于其完美的實(shí)現高動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)又能擁有1.8V超低功耗。這一特性使得ADS4249非常適合多載波，寬帶通信的信號處理應用。
ADS4249具有可被用予改善動(dòng)態(tài)范圍性能較低的滿(mǎn)量程輸入范圍的增益選擇，同時(shí)包含了一個(gè)可以用于消除ADC偏移的偏移校正回路。ADS 4249具有可以單獨使用并行或串行接口控制程序的功能，DDR LVDS和CMOS并平接口數字輸出信號都可以在一個(gè)緊湊的qfn-64powerpad?包內加載。
該器件采用無(wú)引線(xiàn)QFN封裝取代了傳統的外引腳及相關(guān)的去耦電容。其工作溫度可達到工業(yè)級(-40～+85℃)。

1. ADS4249應用信息
1．1 工作原理
ADS4249是TI超低功耗系列產(chǎn)品中雙通道12／14位AD轉換器。在輸入時(shí)鐘發(fā)起的每一個(gè)上升沿，每個(gè)信道的模擬輸入信號都被在同一時(shí)間采樣。在每個(gè)信道中的采樣信號都將轉換成一系列低分辨率階躍，在每個(gè)階躍中采樣或保持信號又被轉換成一個(gè)高速，低分辨率，速閃子ADC。階躍輸入和等效量化的區別在于傳輸到下一級的增益不同。
在每一個(gè)時(shí)鐘，每個(gè)下級信號將采樣信號分解的更加精準。所有階躍的數字輸出信號組合成一個(gè)數字校正邏輯塊，同時(shí)在16個(gè)時(shí)鐘周期數據延時(shí)產(chǎn)生最終的數字化輸出代碼。這個(gè)代碼可以用于DDR LVDS或并聯(lián)CMOS，同時(shí)編碼或者直偏移二進(jìn)制或二進(jìn)制補碼格式。最初的一級的子ADC的動(dòng)態(tài)偏移量限制了模擬輸入的最大頻率約為400MHz(2-V振幅)或者600 MHz(1-V振幅)。
1．2 模擬輸入
模擬輸入由一個(gè)基于開(kāi)關(guān)電容的微分S／H結構組成，這種微分拓撲布局保證了高輸入頻率下的高采樣頻率。INP和INM引腳要外偏置圍繞著(zhù)0．95 V，共模電壓，作用于VCM引腳，為了保證全差分輸入，INP和INM引腳的偏置電壓必須在VCM+0．5 V和VCM 0．5 V之間保持平衡，從而保證2 V微分輸入偏置。輸入采樣電路在頻率到達550 MHz是具有3-dB帶寬(測量值源于輸入引腳的電壓取樣)。模擬輸入信號的等效電路如圖1所示。