高性能低功耗模数转换器ADS249的介绍及其应用

摘要：现代信息处理应用中，对模数转换器的速度、精度、功耗和动态性能等关键性能指标不断提出更高的要求。针对模数转换的实际应用，提出并设计了一种基于TI公司生产的双通道14位250MSPS低功耗A／D转换器ADS4249的RGB视频编码器电路设计。这款A／D转换器的技术创新点在于其完美的实现高动态性能的同时又能拥有1．8V起低功耗。这一特性使得ADS4249非常适合多载波，宽带通信的信号处理应用。
关键词：双通道；低功耗；模数转换器；多载波；宽带通信

伴随半导体技术、数字信号处理技术及通信技术的飞速发展，A／D、D／A转换器近年也呈现高速发展的趋势。人类数字化的浪潮推动了A／D、D／A转换器不断变革，现在，在通信产品、消费类产品、工业医疗仪器乃至军工产品中无一不显现A／D、D／A转换器的身影，可以说，A／D、D／A转换器已经成为人类实现数字化的先锋。
随着混合信号电路在数据传输、通信等领域中发挥着日益重要的作用，高带宽、高性能的模数转换器设计成为了关注的重点和难点。尤其是在信息应用中，对摸救转换器的速度、精度、功耗、和动态性能等关键性能指标都提出了更高的要求。设计系统的实用性及适用性不仅取决于实现效率更高、精度更高、功耗更小的系统，同时还要使之满足更高性能的规范要求。因此，如何提高模数转换器的高带宽、高性能性能及低功耗是衡量系统是否具有良好的应用价值的标准。为此，针对模数转换的实际应用，撮出并设计了一种基于TI公司生产的双通道14位250MSPS低功耗A／D转换器ADS4249的RGB视频编码器电路设计。
ADS4249，作为TI双通道ADS42微功耗12／14位模数转换器家族的薪成员，这款A／D转换器的技术创新点在于其完美的实现高动态性能的同时又能拥有1.8V超低功耗。这一特性使得ADS4249非常适合多载波，宽带通信的信号处理应用。
ADS4249具有可被用予改善动态范围性能较低的满量程输入范围的增益选择，同时包含了一个可以用于消除ADC偏移的偏移校正回路。ADS 4249具有可以单独使用并行或串行接口控制程序的功能，DDR LVDS和CMOS并平接口数字输出信号都可以在一个紧凑的qfn-64powerpad?包内加载。
该器件采用无引线QFN封装取代了传统的外引脚及相关的去耦电容。其工作温度可达到工业级(-40～+85℃)。

1. ADS4249应用信息
1．1 工作原理
ADS4249是TI超低功耗系列产品中双通道12／14位AD转换器。在输入时钟发起的每一个上升沿，每个信道的模拟输入信号都被在同一时间采样。在每个信道中的采样信号都将转换成一系列低分辨率阶跃，在每个阶跃中采样或保持信号又被转换成一个高速，低分辨率，速闪子ADC。阶跃输入和等效量化的区别在于传输到下一级的增益不同。
在每一个时钟，每个下级信号将采样信号分解的更加精准。所有阶跃的数字输出信号组合成一个数字校正逻辑块，同时在16个时钟周期数据延时产生最终的数字化输出代码。这个代码可以用于DDR LVDS或并联CMOS，同时编码或者直偏移二进制或二进制补码格式。最初的一级的子ADC的动态偏移量限制了模拟输入的最大频率约为400MHz(2-V振幅)或者600 MHz(1-V振幅)。
1．2 模拟输入
模拟输入由一个基于开关电容的微分S／H结构组成，这种微分拓扑布局保证了高输入频率下的高采样频率。INP和INM引脚要外偏置围绕着0．95 V，共模电压，作用于VCM引脚，为了保证全差分输入，INP和INM引脚的偏置电压必须在VCM+0．5 V和VCM 0．5 V之间保持平衡，从而保证2 V微分输入偏置。输入采样电路在频率到达550 MHz是具有3-dB带宽(测量值源于输入引脚的电压取样)。模拟输入信号的等效电路如图1所示。

1．3 驱动电路
图2～图4为3种不同结构的驱动电路设计。这3种电路分别是：低输入频率下的低带宽设计、较高输入频率下的高带宽设计、极高输入频率下的极高带宽设计。

这里值得注意的是：3种驱动电路在ADC附近的50 Ω处中止。这是由设备的0．95 VCM到每个25 Ω输入引脚完成的。这种结构允许模拟输入信号在所需的共模电压附近产生偏移量。电感之间的变压器的寄生电容错误匹配将导致偶次谐波性能退化。串连2个相同的RF变压器则有助于减少这种不匹配性，对于高频输入信号将会有更好的性能表现。
例如，ADT1-1WT可以被用于前两种结构电路中，如图2、图3所示，而ADTL2-18则可以被用于第3种结构电路中，如图4所示。

两个变压器中间可以任意选择一对终端电阻，例如图2、图3和图4。为了保持P和M端的平衡性，可以将这对终端电阻的中心点接地。在变压器和焊锡面之间可以产生一个50 Ω终端值。
以上3种驱动电路设计均为50 Ω输入阻抗的1：1变压器，在驱动电路的要求这一部分我们提到，这种电路结构设计有助于产生一个用于吸收采样信号的2短时脉冲干扰信号的低源阻抗。对于1．4的变压器来说，其源阻抗为200 Ω，这样较高的源阻抗是无法有效吸收采样信号的短时脉冲干扰信号的，同时自身性能也相对于1：1变压器有所下降。