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、功耗和動態性能等關鍵性能指標不斷提出更高的要求。針對模數轉換的實際應用，提出并設計了一種基于TI公司生產的雙通道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轉換器的技術創新點在于其完美的實現高動態性能的同時又能擁有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、數字信號處理技術及通信技術的飛速發展，A／D、D／A轉換器近年也呈現高速發展的趨勢。人類數字化的浪潮推動了A／D、D／A轉換器不斷變革，現在，在通信產品、消費類產品、工業醫療儀器乃至軍工產品中無一不顯現A／D、D／A轉換器的身影，可以說，A／D、D／A轉換器已經成為人類實現數字化的先鋒。
隨著混合信號電路在數據傳輸、通信等領域中發揮著日益重要的作用，高帶寬、高性能的模數轉換器設計成為了關注的重點和難點。尤其是在信息應用中，對摸救轉換器的速度、精度、功耗、和動態性能等關鍵性能指標都提出了更高的要求。設計系統的實用性及適用性不僅取決于實現效率更高、精度更高、功耗更小的系統，同時還要使之滿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值的標準。為此，針對模數轉換的實際應用，撮出并設計了一種基于TI公司生產的雙通道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TI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轉換器的技術創新點在于其完美的實現高動態性能的同時又能擁有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態范圍性能較低的滿量程輸入范圍的增益選擇，同時包含了一個可以用于消除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緊湊的qfn-64powerpad?包內加載。
該器件采用無引線QFN封裝取代了傳統的外引腳及相關的去耦電容。其工作溫度可達到工業級(-40～+85℃)。

1. ADS4249應用信息
1．1 工作原理
ADS4249是TI超低功耗系列產品中雙通道12／14位AD轉換器。在輸入時鐘發起的每一個上升沿，每個信道的模擬輸入信號都被在同一時間采樣。在每個信道中的采樣信號都將轉換成一系列低分辨率階躍，在每個階躍中采樣或保持信號又被轉換成一個高速，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。
在每一個時鐘，每個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數字校正邏輯塊，同時在16個時鐘周期數據延時產生最終的數字化輸出代碼。這個代碼可以用于DDR LVDS或并聯CMOS，同時編碼或者直偏移二進制或二進制補碼格式。最初的一級的子ADC的動態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
模擬輸入由一個基于開關電容的微分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。