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AD9248雙核、14位、20/40/65 MSPS、3 V模數轉換器?

來源:
2025-03-14
類別:基礎知識
eye 11
文章創建人 拍明芯城

一、引言

在現代電子技術領域,模數轉換器(ADC)作為連接模擬世界與數字世界的橋梁,扮演著至關重要的角色。隨著科技的不斷發展,對ADC的性能要求也越來越高,特別是在通信、成像、醫療超聲等高精度、高速度的應用領域。AD9248作為一款雙核、14位、20/40/65 MSPS、3V模數轉換器,憑借其卓越的性能和廣泛的應用領域,成為了眾多設計師和工程師的首選。本文將詳細介紹AD9248的各項特性、工作原理、應用場景以及設計考慮等。

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二、AD9248概述

AD9248是亞德諾投資有限公司(Analog Devices, Inc.,簡稱ADI)推出的一款高性能模數轉換器。它集成了兩個高性能采樣保持放大器(SHA)和一個基準電壓源,采用多級差分流水線架構和輸出糾錯邏輯,在最高65 MSPS的數據速率下可提供14位精度,并保證在整個工作溫度范圍內無失碼。AD9248具有低功耗、高信噪比(SNR)、無雜散動態范圍(SFDR)大、抗串擾性能優異等特點,適用于多種高精度、高速度的應用場景。

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三、AD9248主要特性

1. 集成式雙核14位模數轉換器

AD9248內部集成了兩個獨立的14位模數轉換器核,每個核都具有高性能的采樣保持放大器和轉換邏輯。這種雙核設計不僅提高了轉換速率,還增強了系統的靈活性和可靠性。

2. 3V單電源供電

AD9248采用單一3V電源供電,供電電壓范圍為2.7V至3.6V。這種低電壓供電設計不僅降低了功耗,還減小了電源噪聲對轉換精度的影響。

3. 高信噪比和無雜散動態范圍

AD9248的信噪比(SNR)和無雜散動態范圍(SFDR)均表現出色。以AD9248-65為例,其SNR為71.6dBc(至Nyquist頻率),SFDR為80dBc(至Nyquist頻率)。這些指標保證了AD9248在高速、高精度應用中的卓越性能。

4. 低功耗

AD9248在提供高性能的同時,還保持了較低的功耗。以65 MSPS數據速率為例,其功耗僅為600mW(也有資料指出為300mW/通道,總計600mW,這里取較大值以覆蓋可能的變化范圍)。這種低功耗設計使得AD9248非常適合于電池供電或便攜式設備中的應用。

5. 差分輸入與寬帶寬

AD9248具有差分輸入接口,其3dB帶寬高達500MHz。這種寬帶寬設計使得AD9248能夠處理高頻信號,適用于多種高速、高精度應用。

6. 出色的抗串擾特性

AD9248具有出色的抗串擾性能,其串擾免疫度大于85dB。這種性能保證了AD9248在多通道、高密度布局中的應用穩定性。

7. 片內基準電壓源和SHA

AD9248內部集成了基準電壓源和采樣保持放大器(SHA),無需外部元件即可實現高精度的模數轉換。這種集成設計不僅簡化了電路設計,還提高了系統的可靠性和穩定性。

8. 靈活的模擬輸入范圍

AD9248的模擬輸入范圍可調,支持1Vp-p至2Vp-p的輸入范圍。這種靈活性使得AD9248能夠適應不同應用場合的需求。

9. 數據格式與輸出選項

AD9248的數字輸出數據格式為標準二進制或二進制補碼。此外,AD9248還提供輸出數據多路復用選項,使得用戶可以根據實際需求選擇適合的輸出方式。

10. 時鐘占空比穩定器

AD9248-65型號提供了一個占空比穩定器(DCS),可用來補償較大的時鐘占空比波動。這種設計保證了AD9248在不同時鐘占空比條件下的穩定性能。

11. 與AD9238引腳兼容

AD9248采用64引腳LQFP封裝,與AD9238引腳兼容。這種兼容性使得AD9248能夠輕松替換現有的AD9238設計,降低了升級成本和時間。

12. 工業溫度范圍

AD9248的額定溫度范圍為-40°C至+85°C,適用于各種工業環境中的應用。

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四、AD9248工作原理

1. 多級差分流水線架構

AD9248采用多級差分流水線架構,將模數轉換過程分為多個階段進行。每個階段都包含一個子ADC和一個數字模擬轉換器(DAC),用于對輸入信號進行采樣、量化、保持和重構。通過多級流水線的處理方式,AD9248能夠在高速下保持高精度。

2. 采樣保持放大器(SHA)

在模數轉換過程中,采樣保持放大器(SHA)起著至關重要的作用。它能夠在極短的時間內對輸入信號進行采樣,并將其保持一段時間以供后續量化處理。AD9248內部集成了兩個高性能的SHA,保證了高速、高精度的模數轉換。

3. 輸出糾錯邏輯

為了進一步提高轉換精度,AD9248內置了輸出糾錯邏輯。這種邏輯能夠在轉換過程中檢測和糾正潛在的錯誤碼,保證輸出數據的準確性和可靠性。

4. 時鐘占空比穩定器(DCS)

AD9248-65型號提供了一個占空比穩定器(DCS),用于補償時鐘占空比的波動。這種設計能夠有效地減小時鐘占空比變化對轉換精度的影響,提高AD9248在不同時鐘條件下的穩定性能。

五、AD9248應用場景

1. 通信領域

在通信領域,AD9248的高性能使其成為數字信號處理(DSP)、軟件無線電(SDR)等應用中的理想選擇。其高速、高精度的模數轉換能力能夠處理高頻信號,滿足通信系統的嚴格要求。

2. 成像領域

在成像領域,AD9248的寬帶寬和高信噪比使其適用于高分辨率圖像采集和處理應用。例如,在數字相機、醫療成像設備等領域,AD9248能夠提供高質量的圖像數據。

3. 醫療超聲領域

在醫療超聲領域,AD9248的高精度和低功耗特性使其成為便攜式超聲設備中的理想選擇。其高性能模數轉換能力能夠確保超聲圖像的清晰度和準確性,為醫生提供可靠的診斷依據。

4. 其他領域

除了上述應用領域外,AD9248還適用于多種其他高精度、高速度的應用場景。例如,在測試測量、航空航天、工業自動化等領域,AD9248都能夠發揮其卓越的性能優勢。

六、AD9248設計考慮

1. 電源設計

在設計AD9248的電源電路時,需要注意以下幾點:

  • 確保電源供電電壓在2.7V至3.6V范圍內,并保持穩定。

  • 使用低噪聲、高穩定性的電源芯片或模塊,以減小電源噪聲對轉換精度的影響。

  • 在電源輸入端添加適當的濾波電容和去耦電容,以減小電源波動和干擾。

2. 時鐘設計

時鐘信號是模數轉換器工作的基準信號,其質量和穩定性直接影響轉換精度和性能。在設計AD9248的時鐘電路時,需要注意以下幾點:

  • 選擇高質量的時鐘源,如晶體振蕩器或溫補晶振等。

  • 確保時鐘信號的頻率和占空比滿足AD9248的要求。

  • 使用適當的時鐘緩沖器或驅動器,以提高時鐘信號的驅動能力和穩定性。

3. 輸入信號調理

在將模擬信號輸入到AD9248之前,需要進行適當的信號調理。這包括濾波、放大、偏置調整等步驟,以確保輸入信號的質量滿足AD9248的要求。

  • 濾波:使用合適的濾波器去除輸入信號中的高頻噪聲和干擾。

  • 放大:根據實際需求對輸入信號進行適當的放大處理,以提高轉換精度和動態范圍。

  • 偏置調整:調整輸入信號的直流偏置點,使其位于AD9248的輸入范圍內。

4. 布局布線

在PCB布局布線時,需要注意以下幾點以確保AD9248的性能:

  • 將AD9248放置在PCB的中心位置,并盡量縮短輸入信號線、時鐘信號線和電源線的長度。

  • 使用差分走線方式傳輸輸入信號和時鐘信號,以提高信號的抗干擾能力和穩定性。

  • 在電源線和地線上添加適當的去耦電容和濾波電容,以減小電源波動和干擾。

5. 熱設計

AD9248在工作過程中會產生一定的熱量。為了確保其長期穩定運行,需要進行適當的熱設計。這包括選擇合適的散熱片、風扇等散熱元件,以及合理布局PCB上的熱源元件等。

七、AD9248與其他類似產品的比

AD9248與AD9238在引腳兼容、供電電壓等方面具有相似性,但在性能和功能方面存在顯著差異,使得AD9248在某些應用場景中更具優勢。

從性能方面來看,AD9248提供了更高的轉換速率和精度。AD9248支持20/40/65 MSPS的采樣速率,而AD9238的采樣速率可能較低(具體取決于AD9238的具體型號,但一般而言,AD9248提供了更高的選擇范圍)。此外,AD9248的14位分辨率確保了更高的量化精度,使得在需要高精度數據采集的應用中,AD9248能夠提供更準確的結果。

AD9248在信噪比(SNR)和無雜散動態范圍(SFDR)方面表現出色。這些指標是衡量ADC性能的重要參數,影響了系統的動態范圍和抗干擾能力。AD9248的高SNR和SFDR使得它在處理復雜信號或存在強干擾的環境中仍能保持高性能,而AD9238可能在這方面稍遜一籌。

AD9248集成了更多的功能,如片內基準電壓源和采樣保持放大器(SHA),這些集成功能簡化了電路設計,提高了系統的可靠性和穩定性。相比之下,AD9238可能需要外部元件來實現這些功能,增加了設計的復雜性和成本。

AD9248還提供了更靈活的模擬輸入范圍選擇和輸出數據格式選項,使得它能夠適應更多種類的應用場合。這種靈活性是AD9238所不具備的,或者AD9238在這方面的選擇可能較為有限。

雖然AD9248和AD9238在引腳兼容方面相似,但AD9248在性能上的提升和功能上的增強使得它在需要高精度、高速度模數轉換的應用中更具競爭力。因此,在設計新系統或升級現有系統時,工程師可能會更傾向于選擇AD9248以滿足更高的性能要求。

AD9248與AD9238雖然具有一些相似性,但在性能和功能方面的顯著差異使得AD9248在許多高精度、高速度的應用中成為更優選的選擇。


責任編輯:David

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