一、引言

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

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(shù)轉(zhuǎn)換器。它集成了兩個高性能采樣保持放大器（SHA）和一個基準(zhǔn)電壓源，采用多級差分流水線架構(gòu)和輸出糾錯邏輯，在最高65 MSPS的數(shù)據(jù)速率下可提供14位精度，并保證在整個工作溫度范圍內(nèi)無失碼。AD9248具有低功耗、高信噪比（SNR）、無雜散動態(tài)范圍（SFDR）大、抗串?dāng)_性能優(yōu)異等特點(diǎn)，適用于多種高精度、高速度的應(yīng)用場景。

三、AD9248主要特性

1. 集成式雙核14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器

AD9248內(nèi)部集成了兩個獨(dú)立的14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器核，每個核都具有高性能的采樣保持放大器和轉(zhuǎn)換邏輯。這種雙核設(shè)計不僅提高了轉(zhuǎn)換速率，還增強(qiáng)了系統(tǒng)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(shè)計不僅降低了功耗，還減小了電源噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。

3. 高信噪比和無雜散動態(tài)范圍

AD9248的信噪比（SNR）和無雜散動態(tài)范圍（SFDR）均表現(xiàn)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(biāo)保證了AD9248在高速、高精度應(yīng)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(shù)據(jù)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(shè)計使得AD9248非常適合于電池供電或便攜式設(shè)備中的應(yīng)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(dá)500MHz。這種寬帶寬設(shè)計使得AD9248能夠處理高頻信號，適用于多種高速、高精度應(yīng)用。

6. 出色的抗串?dāng)_特性

AD9248具有出色的抗串?dāng)_性能，其串?dāng)_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(yīng)用穩(wěn)定性。

7. 片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源和SHA

AD9248內(nèi)部集成了基準(zhǔn)電壓源和采樣保持放大器（SHA），無需外部元件即可實現(xiàn)高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。這種集成設(shè)計不僅簡化了電路設(shè)計，還提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

8. 靈活的模擬輸入范圍

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

9. 數(shù)據(jù)格式與輸出選項

AD9248的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)格式為標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制或二進(jìn)制補(bǔ)碼。此外，AD9248還提供輸出數(shù)據(jù)多路復(fù)用選項，使得用戶可以根據(jù)實際需求選擇適合的輸出方式。

10. 時鐘占空比穩(wěn)定器

AD9248-65型號提供了一個占空比穩(wěn)定器（DCS），可用來補(bǔ)償較大的時鐘占空比波動。這種設(shè)計保證了AD9248在不同時鐘占空比條件下的穩(wěn)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(xiàn)有的AD9238設(shè)計，降低了升級成本和時間。

12. 工業(yè)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(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。

四、AD9248工作原理

1. 多級差分流水線架構(gòu)

AD9248采用多級差分流水線架構(gòu)，將模數(shù)轉(zhuǎn)換過程分為多個階段進(jìn)行。每個階段都包含一個子ADC和一個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC），用于對輸入信號進(jìn)行采樣、量化、保持和重構(gòu)。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(shù)轉(zhuǎn)換過程中，采樣保持放大器（SHA）起著至關(guān)重要的作用。它能夠在極短的時間內(nèi)對輸入信號進(jìn)行采樣，并將其保持一段時間以供后續(xù)量化處理。AD9248內(nèi)部集成了兩個高性能的SHA，保證了高速、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

3. 輸出糾錯邏輯

為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換精度，AD9248內(nèi)置了輸出糾錯邏輯。這種邏輯能夠在轉(zhuǎn)換過程中檢測和糾正潛在的錯誤碼，保證輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4. 時鐘占空比穩(wěn)定器（DCS）

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

五、AD9248應(yīng)用場景

1. 通信領(lǐng)域

在通信領(lǐng)域，AD9248的高性能使其成為數(shù)字信號處理（DSP）、軟件無線電（SDR）等應(yīng)用中的理想選擇。其高速、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換能力能夠處理高頻信號，滿足通信系統(tǒng)的嚴(yán)格要求。

2. 成像領(lǐng)域

在成像領(lǐng)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(yīng)用。例如，在數(shù)字相機(jī)、醫(yī)療成像設(shè)備等領(lǐng)域，AD9248能夠提供高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。

3. 醫(yī)療超聲領(lǐng)域

在醫(yī)療超聲領(lǐng)域，AD9248的高精度和低功耗特性使其成為便攜式超聲設(shè)備中的理想選擇。其高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換能力能夠確保超聲圖像的清晰度和準(zhǔn)確性，為醫(yī)生提供可靠的診斷依據(jù)。

4. 其他領(lǐng)域

除了上述應(yīng)用領(lǐng)域外，AD9248還適用于多種其他高精度、高速度的應(yīng)用場景。例如，在測試測量、航空航天、工業(yè)自動化等領(lǐng)域，AD9248都能夠發(fā)揮其卓越的性能優(yōu)勢。

六、AD9248設(shè)計考慮

1. 電源設(shè)計

在設(shè)計AD9248的電源電路時，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 確保電源供電電壓在2.7V至3.6V范圍內(nèi)，并保持穩(wěn)定。

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

• 在電源輸入端添加適當(dāng)?shù)臑V波電容和去耦電容，以減小電源波動和干擾。

2. 時鐘設(shè)計

時鐘信號是模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作的基準(zhǔn)信號，其質(zhì)量和穩(wěn)定性直接影響轉(zhuǎn)換精度和性能。在設(shè)計AD9248的時鐘電路時，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 選擇高質(zhì)量的時鐘源，如晶體振蕩器或溫補(bǔ)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(dāng)?shù)臅r鐘緩沖器或驅(qū)動器，以提高時鐘信號的驅(qū)動能力和穩(wěn)定性。

3. 輸入信號調(diào)理

在將模擬信號輸入到AD9248之前，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)理。這包括濾波、放大、偏置調(diào)整等步驟，以確保輸入信號的質(zhì)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(jù)實際需求對輸入信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯筇幚?，以提高轉(zhuǎn)換精度和動態(tài)范圍。

• 偏置調(diào)整：調(diào)整輸入信號的直流偏置點(diǎn)，使其位于AD9248的輸入范圍內(nèi)。

4. 布局布線

在PCB布局布線時，需要注意以下幾點(diǎn)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(wěn)定性。

• 在電源線和地線上添加適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙莺蜑V波電容，以減小電源波動和干擾。

5. 熱設(shè)計

AD9248在工作過程中會產(chǎn)生一定的熱量。為了確保其長期穩(wěn)定運(yùn)行，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計。這包括選擇合適的散熱片、風(fēng)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(chǎn)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(yīng)用場景中更具優(yōu)勢。

從性能方面來看，AD9248提供了更高的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)采集的應(yīng)用中，AD9248能夠提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。

AD9248在信噪比（SNR）和無雜散動態(tài)范圍（SFDR）方面表現(xiàn)出色。這些指標(biāo)是衡量ADC性能的重要參數(shù)，影響了系統(tǒng)的動態(tài)范圍和抗干擾能力。AD9248的高SNR和SFDR使得它在處理復(fù)雜信號或存在強(qiáng)干擾的環(huán)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(nèi)基準(zhǔn)電壓源和采樣保持放大器（SHA），這些集成功能簡化了電路設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。相比之下，AD9238可能需要外部元件來實現(xiàn)這些功能，增加了設(shè)計的復(fù)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(shù)據(jù)格式選項，使得它能夠適應(yīng)更多種類的應(yīng)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(qiáng)使得它在需要高精度、高速度模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用中更具競爭力。因此，在設(shè)計新系統(tǒng)或升級現(xiàn)有系統(tǒng)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(yīng)用中成為更優(yōu)選的選擇。