芯片特性

通道性能

• LNA：低噪聲前置放大器，輸入?yún)⒖荚肼曉? MHz時(shí)典型值為1.1 nV/√Hz（增益為18 dB），具有5PI可編程增益（14 dB / 15.6 dB / 18 dB），單端輸入，最大輸入電壓為400 mV p-p/ 333 mV p-p/250 mV p-p，帶寬（BW）>70 MHz，支持雙模式有源輸入阻抗匹配。
• VGA：可變?cè)鲆娣糯笃?，增益范圍?-6 dB至 +24 dB，采用線性dB增益控制。
• AAF：三階巴特沃斯抗混疊濾波器，截止頻率可編程，范圍從8 MHz到18 MHz。
• ADC：12位分辨率，采樣速率為10 MSPS至50 MSPS，信噪比（SNR）為70 dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為80 dB，采用串行LVDS輸出。

其他特性

• 交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)：支持連續(xù)波（CW）多普勒模式，為多通道配置提供了更多選擇。
• 低功耗：在12位/40 MSPS（TGC）時(shí)，每通道功耗為150 mW；在CW多普勒模式下，每通道功耗為90 mW。
• 電源靈活性：采用單1.8 V電源（CW多普勒輸出偏置采用3.3 V電源），具有靈活的掉電模式。
• 快速恢復(fù)：過(guò)載恢復(fù)時(shí)間<10 ns，從低功耗待機(jī)模式快速恢復(fù)時(shí)間<2 μs。

工作原理

超聲應(yīng)用

AD9271的主要應(yīng)用之一是醫(yī)療超聲。在超聲系統(tǒng)中，時(shí)間增益控制（TGC）補(bǔ)償是關(guān)鍵功能，因?yàn)槌曅盘?hào)的衰減與距離（時(shí)間）呈指數(shù)關(guān)系，所以線性dB VGA是最佳解決方案。該芯片能夠滿足超聲信號(hào)鏈對(duì)低噪聲、有源輸入端接、快速過(guò)載恢復(fù)、低功耗和差分驅(qū)動(dòng)ADC的要求。

通道結(jié)構(gòu)

每個(gè)通道包含TGC信號(hào)路徑和CW多普勒信號(hào)路徑。LNA提供用戶可調(diào)節(jié)的輸入阻抗端接，CW多普勒路徑包括跨導(dǎo)放大器和交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，TGC路徑包括差分X-AMP? VGA、抗混疊濾波器和ADC。信號(hào)路徑全程采用全差分設(shè)計(jì)，以最大化信號(hào)擺幅并減少偶次失真。

關(guān)鍵參數(shù)分析

LNA性能

LNA的噪聲性能是系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。其短電路噪聲電壓（輸入?yún)⒖荚肼暎┰跓o(wú)反饋電阻時(shí)為1.2 nV/√Hz或1.4 nV/√Hz（15.6 dB LNA增益時(shí)）。通過(guò)有源阻抗匹配技術(shù)，可以優(yōu)化輸入阻抗，降低噪聲系數(shù)。不同的輸入配置（未端接、電阻端接和有源阻抗匹配）對(duì)噪聲性能有不同的影響，其中未端接操作具有最低的等效輸入噪聲和噪聲系數(shù)。

增益控制

TGC路徑的線性dB增益范圍為30 dB，從10 dB到40 dB。增益控制接口GAIN±為差分輸入，VGA增益VGAIN通過(guò)插值器選擇連接到輸入衰減器的適當(dāng)輸入級(jí)來(lái)改變所有VGA的增益。增益控制響應(yīng)時(shí)間小于750 ns，以達(dá)到最終值的10%以內(nèi)。

時(shí)鐘輸入

為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，AD9271的采樣時(shí)鐘輸入（CLK+和CLK?）應(yīng)使用差分信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘信號(hào)通常通過(guò)變壓器或電容器交流耦合到CLK+和CLK?引腳。芯片包含占空比穩(wěn)定器（DCS），可提供標(biāo)稱(chēng)50%占空比的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，允許寬范圍的時(shí)鐘輸入占空比而不影響性能。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源和接地

建議使用兩個(gè)獨(dú)立的1.8 V電源，一個(gè)用于模擬（AVDD），一個(gè)用于數(shù)字（DRVDD），同時(shí)還需要一個(gè)3.3 V電源（CWVDD）用于交叉點(diǎn)部分。在PCB設(shè)計(jì)中，應(yīng)使用單個(gè)接地平面，并在所有電源上使用多個(gè)去耦電容器，以覆蓋高低頻率。

時(shí)鐘輸入

時(shí)鐘輸入應(yīng)作為模擬信號(hào)處理，以避免孔徑抖動(dòng)影響AD9271的動(dòng)態(tài)范圍。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的電源應(yīng)與ADC輸出驅(qū)動(dòng)器的電源分開(kāi)，以防止數(shù)字噪聲調(diào)制時(shí)鐘信號(hào)。低抖動(dòng)、晶體控制的振蕩器是最佳的時(shí)鐘源。

數(shù)字輸出

AD9271的差分輸出默認(rèn)符合ANSI - 644 LVDS標(biāo)準(zhǔn)，也可通過(guò)SDIO引腳或SPI更改為低功耗、降低信號(hào)選項(xiàng)。LVDS輸出便于與具有LVDS功能的定制ASIC和FPGA接口，在嘈雜環(huán)境中具有出色的開(kāi)關(guān)性能。

總結(jié)

AD9271以其高性能、低功耗和高集成度的特點(diǎn)，為醫(yī)療成像、汽車(chē)?yán)走_(dá)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分考慮芯片的各項(xiàng)特性和參數(shù)，合理進(jìn)行電源、時(shí)鐘和數(shù)字輸出等方面的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。你在使用AD9271的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。