在当今的电子世界里，高性能、低功耗的模拟 - 数字转换器（ADC）一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来详细探讨德州仪器（TI）推出的ADC081500，一款具备卓越性能的8位、1.5GSPS A/D转换器。

文件下载：adc081500.pdf

一、产品概述

ADC081500采用了校准折叠和插值架构，能够实现7.4有效位。折叠放大器的使用大大减少了比较器的数量和功耗，插值则减少了前端放大器的需求，进一步降低了功耗。此外，片上校准减少了折叠架构中常见的积分非线性（INL）弯曲。

这款转换器可以将输入电压范围内的模拟输入信号数字化为8位，采样速度典型值在200 MSPS到1.7 GSPS之间。当差分输入电压低于负满量程时，输出字将全为零；高于正满量程时，输出字将全为一。同时，超出范围（OR）输出会被激活，以指示输出代码低于负满量程或高于正满量程。

二、关键特性与规格

（一）特性亮点

1. 内部采样保持：确保信号准确采样。
2. 单+1.9V ±0.1V供电：低功耗设计，降低系统能耗。
3. SDR或DDR输出时钟可选：满足不同应用场景的数据传输需求。
4. 多ADC同步能力：方便构建多通道数据采集系统。
5. 无漏码保证：确保数据转换的准确性。
6. 串行接口用于扩展控制：可实现对高级功能的灵活配置。
7. 输入满量程范围和偏移微调：提高转换精度。
8. 占空比校正采样时钟：提供稳定的时钟信号。

（二）关键规格参数

参数	数值
分辨率	8位
最大转换速率	1.5 GSPS（最小值）
误码率（B.E.R.）	(10^{-18})（典型值）
ENOB（748 MHz输入）	7.3位（典型值）
差分非线性（DNL）	±0.15 LSB（典型值）
功耗 - 工作模式	1.2 W（典型值）
功耗 - 掉电模式	3.5 mW（典型值）

三、功能详细解析

（一）自校准功能

自校准在加电时自动执行，也可由用户按需触发。校准过程会微调100Ω模拟输入差分终端电阻，最小化满量程误差、偏移误差、DNL和INL，从而最大化信噪比（SNR）、总谐波失真（THD）、信噪失真比（SINAD）和有效位数（ENOB）。同时，内部偏置电流也会在校准过程中进行设置。

需要注意的是，自校准必须在加电时运行，并且在FSR引脚状态改变时需要重新运行。为了获得最佳性能，建议在加电20秒或更长时间后以及工作温度发生显著变化时进行自校准。此外，校准过程不能在掉电模式下启动或运行。

（二）数据采集与输出

数据在CLK+（引脚18）的下降沿进行采集，D输出总线在13个输入时钟周期后、Dd输出总线在14个输入时钟周期后可获得数字等效数据。在数据到达输出之前，还有一个额外的内部延迟 (t_{OD})。

ADC081500的输出数据信号采用低压差分信号（LVDS），输出格式为偏移二进制。其全差分比较器设计和创新的采样保持放大器设计，结合自校准功能，使得SINAD/ENOB响应在1.5 GHz以上非常平坦。

（三）控制模式

ADC081500提供了正常控制模式和扩展控制模式。在正常控制模式下，用户可以通过几个控制引脚实现对转换器的基本控制，如校准周期启动、掉电模式和满量程范围设置等。而扩展控制模式则通过串行接口访问基于寄存器的控制，可实现对多个高级功能的控制。需要注意的是，扩展控制模式不建议动态启用和禁用，用户应始终选择其中一种模式进行操作。

（四）模拟输入

ADC081500必须采用差分输入信号驱动，不建议使用单端信号。输入信号可以采用交流耦合或直流耦合方式。在交流耦合时，(V{CMO})引脚必须接地；在直流耦合时，需要提供与(V{CMO})输出相等的输入共模电压。

输入满量程范围在正常模式下可通过FSR引脚（引脚14）进行选择，在扩展控制模式下可通过输入满量程电压调整寄存器进行编程。

（五）时钟输入

ADC081500的时钟输入为差分LVDS信号，必须采用交流耦合方式。虽然该转换器在1.5 GHz差分时钟下进行测试和性能指定，但在转换器电气特性中规定的输入时钟频率范围内通常也能正常工作。

为了避免性能下降，输入时钟信号的幅度应在规定范围内，并且时钟信号应具有较低的均方根抖动。此外，输入时钟的高电平和低电平时间应保持在规定的占空比范围内。

（六）数字输出

ADC081500将转换器输出数据解复用为两个LVDS输出总线，每个总线的数据速率为ADC采样率的一半。用户需要对这两个总线进行复用，以获得完整的1.5 GSPS转换结果。

输出时钟DCLK可用于锁存LVDS输出数据，数据可以在DCLK的上升沿或下降沿进行发送，具体取决于OutEdge引脚的设置。此外，还可以选择单数据速率（SDR）或双数据速率（DDR）输出模式。

四、应用信息

（一）参考电压

ADC081500的参考电压来自1.254V带隙参考，可在引脚31（(V_{BG})）获取。该输出的输出电流能力为±100 μA，如果需要更多电流，则需要进行缓冲。

内部带隙参考电压的标称值由FSR引脚确定，并且在扩展控制模式下可以通过配置寄存器调整满量程输入电压。

（二）模拟输入处理

模拟输入为差分输入，信号源可以采用交流耦合或直流耦合方式。在选择放大器驱动ADC输入时，需要注意放大器的噪声、失真性能和增益，以确保系统的整体性能。

当采用直流耦合时，必须提供精确的直流共模电压，并且该电压应保持在(V_{CMO})输出的±50 mV范围内，否则会导致满量程失真性能下降。

（三）单端输入信号处理

由于ADC081500没有针对单端输入信号的处理能力，因此最好将单端信号转换为差分信号后再输入到ADC。可以使用合适的巴伦实现单端交流输入到差分交流信号的转换，也可以使用LMH6555实现单端直流输入到差分信号的转换。

（四）时钟输入要求

时钟输入必须采用交流耦合的差分时钟信号，并且时钟信号的幅度和占空比应在规定范围内。为了避免抖动引起的噪声，时钟源应具有较低的均方根抖动，并且输入时钟线应尽可能短，远离其他信号，并作为传输线进行处理。

五、设计注意事项

（一）电源考虑

A/D转换器需要足够的旁路电容来防止瞬态电流对电源的干扰。建议在A/D转换器电源引脚附近放置33 μF电容，并在每个(V{A})引脚附近放置0.1 μF电容。同时，(V{A})和(V_{DR})电源引脚应相互隔离，以防止数字噪声耦合到模拟部分。

（二）热管理

尽管ADC081500在低功耗下能够实现高速和高性能，但仍需要注意热管理。为了确保可靠性，芯片温度应保持在130°C以下。可以通过在PCB上设计散热铜区、使用热过孔等方式来降低芯片温度。

（三）布局和接地

正确的接地和信号布线对于确保准确转换至关重要。建议使用单一接地平面，避免将接地平面分为模拟和数字区域。同时，模拟电路和数字电路应分开布局，以减少干扰。

（四）动态性能

为了满足动态性能规格并避免抖动引起的噪声，驱动CLK输入的时钟源必须具有较低的均方根抖动。输入时钟线应尽可能短，远离其他信号，并作为传输线进行处理。

（五）串行接口使用

在使用串行接口时，必须在初始写入时将所有3个用户寄存器写入默认或所需值。在校准过程中，不应使用串行接口，否则会影响设备性能。

六、常见应用误区

（一）寄存器写入问题

在使用扩展控制模式时，必须确保所有3个用户寄存器至少写入一次默认或所需值，否则可能会导致操作异常。

（二）输入驱动问题

输入信号（模拟或数字）不应超过电源轨±150 mV，否则可能会导致故障或不稳定操作，甚至影响设备可靠性。同时，应避免过度驱动ADC081500的输入，以免导致转换不准确或设备损坏。

（三）模拟输入共模电压问题

在直流耦合模式下，输入共模电压必须保持在(V_{CMO})输出的±50 mV范围内，否则会导致失真性能下降。

（四）放大器选择问题

选择驱动ADC081500的放大器时，需要注意放大器的失真性能，避免因放大器失真过高而导致系统整体性能下降。

（五）时钟输入问题

时钟输入信号的幅度不应超过规定范围，否则可能会导致输入偏移变化。同时，应避免使用抖动过大的时钟源，以及过长的输入时钟信号走线或其他信号耦合到输入时钟信号走线。

七、总结

ADC081500是一款性能卓越的A/D转换器，具有高速、低功耗、高精度等优点。在设计应用时，需要充分考虑其各项特性和要求，遵循正确的设计方法和注意事项，以确保设备的可靠性和性能。希望通过本文的介绍，能帮助各位工程师更好地了解和使用ADC081500，在实际项目中发挥其最大优势。

你在使用ADC081500的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。