在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討一款來(lái)自德州儀器（Texas Instruments）的高性能ADC——ADS2806，它以其卓越的性能和靈活的設(shè)計(jì)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

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一、ADS2806概述

ADS2806是一款雙路、高速、高動(dòng)態(tài)范圍的12位流水線式ADC。它具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 出色的動(dòng)態(tài)性能：在10MHz輸入頻率下，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）可達(dá)73dB，信噪比（SNR）在2Vp-p輸入時(shí)為67dB，3Vp-p輸入時(shí)為69dB。
2. 靈活的輸入范圍：輸入范圍可在2Vp-p至3Vp-p之間靈活調(diào)整，滿足不同應(yīng)用的需求。
3. 內(nèi)部或外部參考：支持內(nèi)部參考和外部參考兩種模式，方便在不同場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)最佳性能。
4. 低微分線性誤差（DLE）：最大DLE為±0.4LSB，確保了高精度的轉(zhuǎn)換。
5. TQFP - 64功率封裝：這種封裝形式有利于散熱和電路板布局。

二、工作原理

（一）流水線架構(gòu)

ADS2806采用11級(jí)流水線架構(gòu)，每個(gè)階段將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字誤差校正邏輯中，保證了在12位水平上的優(yōu)異微分線性度和無(wú)失碼特性。輸出數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿后有效，由于流水線架構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生6個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)延遲。

（二）減少諧波和提高抗噪性

該ADC通過(guò)差分結(jié)構(gòu)和緊密匹配的多晶硅 - 多晶硅電容器，在高采樣率和一些欠采樣應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了高水平的交流性能。同時(shí)，它能有效減少偶次諧波，并基于共模輸入抑制提高了噪聲免疫力。

（三）單端和差分模式

ADS2806既可以工作在單端模式，也可以工作在差分模式。單端模式下，信號(hào)施加到一個(gè)輸入，另一個(gè)輸入用直流電壓偏置到所需的共模電平。差分模式則需要同相輸入信號(hào)和180°反相部分同時(shí)施加到輸入，能提供更好的動(dòng)態(tài)性能。

三、電氣特性

（一）分辨率和溫度范圍

ADS2806的分辨率為12位，指定的溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，能適應(yīng)較寬的工作環(huán)境。

（二）輸入范圍和帶寬

每個(gè)輸入的差分輸入范圍為2V至3V，模擬輸入帶寬可達(dá)270MHz，輸入阻抗為1.25pF。

（三）動(dòng)態(tài)特性

在不同頻率下，ADS2806的差分線性誤差、積分線性誤差、SFDR、信噪比等動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)出色。例如，在10MHz輸入頻率下，SFDR為73dB，信噪比在2Vp-p輸入時(shí)為66dB，3Vp-p輸入時(shí)為68dB。

（四）電源要求

工作電源電壓為 + 5V，電源電流典型值為78mA，不同電源電壓下的功耗也有所不同。

四、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

（一）驅(qū)動(dòng)模擬輸入

ADS2806的模擬輸入阻抗很高，應(yīng)通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)用于通過(guò)感興趣的最高頻率的R - C網(wǎng)絡(luò)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以防止輸入中的高頻噪聲影響SFDR和SNR。常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種：

1. 變壓器耦合，單端轉(zhuǎn)差分配置：適用于需要將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)ADS2806的應(yīng)用。通過(guò)RF變壓器將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，同時(shí)可利用升壓變壓器進(jìn)行信號(hào)放大，減少信號(hào)源的信號(hào)擺動(dòng)，提高失真性能。
2. 交流耦合，單端轉(zhuǎn)差分接口（雙電源運(yùn)放）：對(duì)于要求高動(dòng)態(tài)范圍和低互調(diào)失真的應(yīng)用，可采用雙電源運(yùn)放實(shí)現(xiàn)單端到差分的轉(zhuǎn)換。例如，使用OPA642或其解補(bǔ)償版本OPA643，通過(guò)配置成反相和同相增益級(jí)，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，并通過(guò)交流耦合到轉(zhuǎn)換器的差分輸入，保持良好的失真性能。
3. 交流耦合，單端轉(zhuǎn)差分接口（單電源運(yùn)放）：在單電源系統(tǒng)中，可使用單電源運(yùn)放如OPA2681實(shí)現(xiàn)單端到差分的轉(zhuǎn)換。利用ADS2806的CM輸出偏置驅(qū)動(dòng)放大器的輸入，減少放大器和轉(zhuǎn)換器之間的耦合電容。同時(shí)，在運(yùn)放輸出和ADS2806輸入之間添加小串聯(lián)電阻，可改善性能。
4. 單端，交流耦合，雙電源接口：適用于對(duì)接口復(fù)雜度要求較低且對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求不高的應(yīng)用。通過(guò)單個(gè)電阻為交流耦合提供偏置，利用串聯(lián)電阻和并聯(lián)電容調(diào)整帶寬，優(yōu)化信噪比。
5. 直流耦合，差分驅(qū)動(dòng)（帶電平轉(zhuǎn)換）：對(duì)于信號(hào)路徑帶寬包含直流的應(yīng)用，需要進(jìn)行直流耦合?？刹捎秒p運(yùn)放如OPA2681驅(qū)動(dòng)ADS2806的差分輸入，并使用單電源通用運(yùn)放OPA234緩沖共模電壓，為ADS2806的輸入提供正確的直流偏置。

（二）參考操作

ADS2806的內(nèi)部參考由帶隙電壓參考、頂部和底部參考的驅(qū)動(dòng)器以及電阻參考梯組成。通過(guò)將SEL引腳連接到低電平或高電平，可將模擬輸入擺動(dòng)設(shè)置為2Vp - p或3Vp - p的差分滿量程范圍。在外部參考模式下，REFT和REFB的緩沖放大器將被禁用。

（三）使用外部參考

為了獲得更高的設(shè)計(jì)靈活性，可禁用內(nèi)部參考，使用外部參考電壓。在多通道應(yīng)用中，使用公共外部參考可提高轉(zhuǎn)換器之間滿量程范圍的匹配和漂移性能。外部參考的取值范圍有一定要求，同時(shí)在外部參考模式下，范圍選擇引腳（SEL）的功能將被禁用。

五、數(shù)字輸入和輸出設(shè)計(jì)

（一）時(shí)鐘輸入要求

ADS2806的兩個(gè)通道由同一個(gè)時(shí)鐘的上升沿控制。時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)高速、高分辨率ADC的SNR性能至關(guān)重要，應(yīng)盡量降低時(shí)鐘上升沿的抖動(dòng)。在欠采樣應(yīng)用中，需特別注意時(shí)鐘抖動(dòng)，時(shí)鐘輸入應(yīng)像模擬輸入一樣處理，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)具有50%的占空比和2ns或更短的快速上升和下降時(shí)間，可使用3V或5V邏輯電平驅(qū)動(dòng)，使用低電壓邏輯（3V）可能會(huì)改善轉(zhuǎn)換器的交流性能。

（二）過(guò)范圍指示器（OVR）

當(dāng)模擬輸入電壓超過(guò)設(shè)定的滿量程范圍時(shí)，ADS2806的“OVR”引腳可用于監(jiān)測(cè)這種超范圍情況?！癘VR”輸出與對(duì)應(yīng)采樣的模擬輸入電壓的數(shù)據(jù)輸出一起更新，因此與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)具有相同的流水線延遲。輸入電壓在定義的輸入范圍內(nèi)時(shí)，OVR輸出為低電平；超過(guò)滿量程范圍時(shí)，輸出為高電平。

（三）數(shù)據(jù)輸出

ADS2806的數(shù)字輸出可通過(guò)將OE引腳驅(qū)動(dòng)為邏輯高電平設(shè)置為高阻抗?fàn)顟B(tài)，正常操作時(shí)，由于內(nèi)部下拉電阻，引腳6和42為低電平。輸出數(shù)據(jù)格式為正直偏移二進(jìn)制碼，可通過(guò)反轉(zhuǎn)最高有效位（MSB）輕松轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制補(bǔ)碼。為了減少電容負(fù)載對(duì)性能的影響，數(shù)據(jù)線上的電容負(fù)載應(yīng)盡可能低（<15pF），必要時(shí)可使用外部緩沖器或鎖存器。

（四）數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)電源（VDRV）

ADS2806的每個(gè)通道都有一個(gè)獨(dú)立的輸出邏輯驅(qū)動(dòng)器電源引腳（VDRV），與其他電源引腳內(nèi)部不連接。將VDRV設(shè)置為 + 5V或 + 3V，可產(chǎn)生相應(yīng)的邏輯電平，直接與所選邏輯系列接口。建議使用 + 3V邏輯電源，以降低輸出級(jí)的功耗和電源線上的電流毛刺，減少對(duì)轉(zhuǎn)換器交流性能的影響。

（五）輸出使能（OE）

通過(guò)將$\overline{OE}{A}$和$\overline{OE}{B}$引腳驅(qū)動(dòng)為邏輯高電平，可將ADS2806的數(shù)字輸出設(shè)置為高阻抗（三態(tài)），正常操作時(shí)，這些引腳應(yīng)拉低。

六、接地和去耦設(shè)計(jì)

在高頻設(shè)計(jì)中，正確的接地、旁路、短走線長(zhǎng)度以及使用電源和接地平面非常重要。建議使用多層PCB板，以最小化接地阻抗，通過(guò)接地層分隔信號(hào)層。ADS2806應(yīng)被視為模擬組件，盡可能使用模擬電源為其供電，以避免數(shù)字電源線上的噪聲耦合到轉(zhuǎn)換器中。接地引腳應(yīng)直接連接到覆蓋轉(zhuǎn)換器下方PCB區(qū)域的模擬接地平面，同時(shí)要將模擬信號(hào)走線與數(shù)字線分開，防止噪聲耦合到模擬信號(hào)路徑。由于ADS2806的高采樣率會(huì)產(chǎn)生高頻電流瞬變和噪聲，所有電源和參考引腳都需要充分旁路，通常在每個(gè)引腳使用0.1μF陶瓷芯片電容即可，若系統(tǒng)電源阻抗不夠低，可添加小鉭電容。

七、總結(jié)

ADS2806作為一款高性能的12位ADC，憑借其出色的動(dòng)態(tài)性能、靈活的輸入范圍、多種參考模式和豐富的接口方式，在通信、測(cè)試設(shè)備、醫(yī)療成像等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇驅(qū)動(dòng)電路、參考模式和數(shù)字接口方式，同時(shí)注重接地和去耦設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮ADS2806的性能優(yōu)勢(shì)。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助電子工程師們更好地理解和應(yīng)用ADS2806，設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀的電子系統(tǒng)。

你在使用ADS2806的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)它在特定應(yīng)用中的設(shè)計(jì)有什么獨(dú)特的見(jiàn)解？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。