8位1.0GSPS ADC芯片MXT2001原理与应用

引言

高速模数转换器(ADC)被广泛运用在高速测试设备，高速雷达，卫星接收机，高速成像系统，高速存储设备等领域，作为模拟信号与数字信号的接口发挥着重要的作用。目前，随着我国信息化技术的不断深入，主流的电子产品加速由MHz频段向GHz频段推进，迫切需要采样率为1GSPS以上的高速采样ADC，以满足不断提高的系统速度和实时采样要求。但是，高速ADC是典型的高端混合信号电路，其研发和生产的难度较大，成为制约高速电子系统的瓶颈技术。基于这样的背景，北京时代民芯科技有限公司研发了双通道8位1GSPS通用型超高速ADC芯片，型号为MXT2001，为国内首款8位1GSPS ADC产品，推动了国内高速数据采集产业的深入发展。

芯片介绍

MXT2001是一款双通道，低功耗，高性能的CMOS模数转换器，其采样精度为8位，单通道采样率高达1.25GSPS，采用单电源1.8V供电，典型功耗为1.58W。它采用高速模-数转换电路以及数字自校准技术，保证器件的高速度和高动态特性。器件内部集成串行SPI接口，支持用户控制、改变电路参数，以优化电路性能和满足系统要求。

MXT2001具有双通道结构，每个通道的最大输入带宽(FPBW)高达1.6GHz;采用双通道“双沿采样(DES)”模式时，典型采样率为2.0GSPS，采样速率最高可达2.5GSPS;采用LQFP144封装，1.8V单电源供电;具有自校准功能，实施上电自动校准并支持用户随时启用一键(CAL引脚)校准;可通过普通方式或扩展方式对其进行控制，可工作在SDR，DDR等多种模式下。在扩展方式下，用户可对芯片电路参数进行修改，改变输入范围，采样保持电路参数和进行精度优化等，以满足系统应用的要求。

MXT2001芯片性能卓越，典型情况下可提供7.0位以上的有效位数(ENOB)。为了方便用户捕捉输出数据，该芯片采用低压差分电路(LVDS)进行数据传输，两通道输出的二进制编码数据分别经由1：2信号分离器(DEMUX)后，输出为4路8位并行500Msps LVDS数据流，输出数据率降低至只有采样率的一半，方便后级电路的数据接收。在普通模式下，I/Q通道分别获得1.0GSPS数据输出速度，在双沿采样(DES)模式下，I/Q通道交错工作，可获得典型2.0GSPS/高达2.5GSPS的采样速率。

MXT2001的基本原理

芯片基本原理

MXT2001芯片的原理框图如1所示，为全CMOS结构的双通道8位1.0GSPS模数转换器，由两路独立的转换通道(I/Q)组成，每通道均集成高性能宽带采样保持电路和模数信号预处理电路，信号电路的最大输入带宽(FPBW)为1.6GHz。I/Q通道的信号输出为二进制编码，分别经1：2信号分离器后，输出4路8位500Msps的LVDS信号，方便接收存储器的信号捕捉。I/Q通道共用时钟及参考源，其中输入时钟为1GHz频率，经片上时钟模块移相后分别控制I/Q通道的时序。输出LVDS信号共34对，除32对数据输出外，还包括1对输出同步时钟(DCLK)和1对输入范围溢出指示信号(OR)。

MXT2001芯片集成了数字校准电路，自动对电路参数进行预设，保证动态精度有效性。芯片提供用户编程接口，支持高级用户对芯片配置的在线修改。

芯片封装结构

MXT2001芯片采用144脚LQFP封装，如图2所示。其管脚说明如下：

(1)OUTV/SCLK：输出电压幅度和串行接口时钟。为高电平时，表示正常差分输出数据幅度，为低电平时，表示降低差分输出幅度和降低功耗。当扩展控制模式被激活，SCLK作为串行数据的输入时钟。

(2)OUTEDGE/DDR/SDIN：DCLK边沿选择，双数据速率(DDR)和串行数据串行输入。当输出数据转换时，此引脚设定DCLKp的输出边缘。当引脚浮空或连接到1/2电源电压时，使能DDR时钟。在扩展控制模式下，此引脚作为串行数据输入端(SDIN)。

(3)RESET：复位。当引脚输入正脉冲用于复位和同步多个转换器的时序DCLK。

(4)PD/PDQ：低功耗掉电模式。PD引脚为高电平时，芯片进入低功耗掉电模式。当PDQ引脚接高电平时，只有Q通道进入低功耗掉电模式。

(5)CAL：校准模式启动信号。最低80个时钟周期的逻辑低电平输入之后紧随80个时钟周期的逻辑高电平输入，将激发电路进入自动校准模式。

(6)FSR/ECE：全量程选择以及扩展控制模式选择，在非扩展控制模式，逻辑低电平会把全量程差分输入范围(峰峰值)设置为650mV;逻辑高电平会把全量程差分输入范围(峰峰值)设置为870mV。当此脚连接到1/2电源电压或者悬空时，进入扩展控制模式。

(7)CLKp/CLKn：ADC的LVDS时钟输入。这个差分时钟信号必须是交流耦合的。输入信号将在CLKp的下降沿被采样。

(8)VINIp/VINIn/VINQp/VINQn：ADC的模拟输入脚。

(9)CalFlag：校准运行指示。高电平有效。

(10)DI/DQ/DId/DQd：I通道和Q通道的L