新的12位3Msps ADC为高速ADC应用带来了新的性能水平和易用性。通过将逐次逼近(SAR)方法的速度提高到3Msps，它消除了该速度范围内流水线和分段adc的许多缺点。它是第一个干净，易于使用的替代流水线adc的应用高达3Msps。

LTC1412是一款超快SAR ADC，提供了性能、尺寸和成本的理想组合。它的一些功能包括:

• 完整的低功耗12位3Msps ADC

• 良好的交流性能:在Nyquist时SINAD为72.2dB, THD为-80dB

• 良好的直流性能:典型INL和DNL±0.25LSB(最大±1LSB)

• 无管道延迟的三态输出总线(带DSP接口信号的并行I/O)

• 小小的SSOP-28包

流水线adc的缺点

流水线adc是伟大的，因为他们所做的:提供最快的速度，使用全闪存转换器。事实上，LTC既生产流水线式adc，也生产分段式adc。然而，这些体系结构确实有一些基本的缺点，可能会给用户带来麻烦。如果可以避免，就应该避免。到目前为止，还没有比1.25Msps更快的12位转换器。现在是:LTC1412。它具有流水线ADC所具有的所有功能，但没有缺点。

我们将研究流水线ADC用户遇到的一些令人头疼的问题，然后研究新的SAR ADC如何消除这些问题。

头痛# 1:
不可预知的行为

因为流水线adc更复杂，它们有更多的地方出错，而且往往更容易出现喜怒无常的行为。首先，因为它们包含flash adc，它们可能容易受到flash adc中历史上发生的闪光代码问题的影响。此外，由于它们包含多个flash adc，这些adc是用采样保持器拼接在一起的，因此在拼接过程中，在它们连接的地方可能会出现错误。通常，这些设备包括校正电路，试图纠正发生的任何错误，但错误可能随着参考电压、温度、电源电压或其他条件而变化，并超出校正范围。例如，当参考电压发生变化时，行为可能会发生变化并导致错误。

头痛# 2:
低噪音和信噪比

因为流水线adc有一系列的级，信号在到达管道末端之前要经过多次传递。除了上述误差外，每通一次都会给信号引入噪声，降低变换器的信噪比和噪声。12位流水线adc的信噪比范围低至64dB(仅10.3有效位)。即使是最好的信噪比也只有70dB(11.3有效位)。这比一个好的SAR ADC的可能值低几个dB(或二分之一位)(参见图1)。

头痛# 3:
可怜的线性

流水线adc通常是基于电阻串的，因此由于电阻串的非线性而导致INL问题。这些非线性是不可能修剪或纠正的，所以它们仍然会降低线性。这些adc报告的线性误差可能高达4lsb。

头痛# 4:
复杂的参考电路和奇怪的偏置方案

流水线式adc通常需要多个参考引脚用于其内部闪光梯。它们通常需要奇怪的偏置方案来驱动参考阶梯的顶部和底部。通常需要额外的硬件来为多个参考引脚提供低阻抗。在一些转换器上，需要快速缓冲放大器;其他需要多个旁路帽(见图2)。

除了产生多个参考电压的额外硬件外，ADC范围不再由单个参考电压控制。这意味着可能需要更复杂的电路来改变ADC的满量程。

头痛# 5:
复杂输入电路

流水线adc的另一个复杂之处是输入电路。其中一些adc需要互补差分输入信号才能正确工作。两个相位180°的信号必须被应用。此外，信号必须具有精确的共模电压。这意味着必须使用复杂的电平转换电路来将信号处理成适合ADC的形式(见图3a)。为了从ADC获得良好的性能，通常需要变压器，如产品数据表所示(见图3b)。

头痛# 6:
管道延迟

管道转换器有管道延迟，这是输入样本和ADC输出对应数据之间的延迟。延迟可能高达7个时钟周期。这种延迟可能会破坏设备在许多类型的应用中的有用性，包括高速伺服环控制系统，电机控制，异步或事件驱动采样，多路复用系统和其他需要每个样本和相应数据之间一对一时间对应的应用。

此外，这些adc需要连续采样，并且在采样停止和开始时不能很好地工作。当采样停止时，内部采样保持器下降，管道中的样本丢失。图8显示了随着采样率的降低，准确性是如何下降的。当转换重新启动时，必须先刷新管道，才能接收到准确的数据。

此外，许多设备具有动态内部偏置，当时钟停止时，这种偏置会丢失。在这种情况下，甚至内部放大器的偏置也会丢失。除了冲洗管道所需的时钟周期外，这还需要更多的时钟周期来恢复偏置。

头痛# 7:
无数据输出三态

管道转换器通常不提供禁用输出总线的方法。它们只能连接到单个DSP或接收逻辑，不能共享总线或与其他adc的输出进行MUXed。

头痛# 8:
频域性能差

流水线adc存在各种降低频域性能的问题。首先，由于信号从一级传递到另一级，并且每次都要重新采样，因此噪声不会像SAR ADC那样好，SAR ADC对信号进行一次采样，然后进行转换。如前所述，这些adc的信噪比可能非常差。相对于一个好的SAR转换器，最好的转换器会放弃几个dB(半比特)。

由于输入信号在不同时间由内部电路的不同部分采样，有些器件表现出糟糕的高频动态性能。由于内部电路的延迟不相同，输入信号在不同的时间采样。在对高频信号进行数字化处理时，会产生严重的失真。

头痛# 9:
直流与交流性能折衷

有些流水线式adc不能同时提供良好的直流和交流性能。它们需要低参考电压和小输入跨距来提供良好的交流性能，但直流性能不确定，噪声也很差。另一方面，为了获得良好的噪声和规定的直流性能，它们需要大的输入跨度和高的参考电压，但在这些条件下，交流性能很差。在这些设备中，良好的交流和直流性能无法同时实现。

头痛# 10:
大包装尺寸

由于它们很复杂，并且通常在内部有几个大型闪存adc，因此流水线adc需要比SAR转换器更大的封装尺寸。封装尺寸范围可达44引脚plc，是LTC1412 28引脚SSOP尺寸的两倍(见图4)。

如何拼写救济?L-T-C-1-4-1-2…

正如我们所说的，现在可以使用高达3Msps的采样率来缓解管道问题。正如我们现在所看到的，新的LTC1412消除了许多缺点。

线性度好

因为它是一个基于电容的SAR ADC, LTC1412表现出出色的线性度，无论是DNL还是INL。因为它完全取决于电容匹配精度(而不是放大器增益或级间S/H误差)，它的INL和DNL通常为0.25LSB，并且随着时间，温度，电源电压或参考电压几乎为零漂移。最大INL和DNL均为±1LSB。图5显示了LTC1412出色的INL和DNL。

简单参考电路(1帽)和1引脚增益调整

图6显示了LTC1412的连接。因为它是一个SAR转换器，一个参考电压设置输入的满量程范围。范围可以通过驱动参考引脚来调整。

对于跨度中的缓慢调整，可以驱动REF引脚，内部缓冲器将产生供ADC使用的REFCOMP电压。这是适当的在通信应用中，增益是可调整的，并保持稳定的一段时间。如果需要快速调整，REFCOMP引脚可以直接驱动。在这种情况下，V(REF)引脚被绑到地以禁用缓冲区。这适用于成像等需要逐像素校正增益的应用。电容式SAR架构在2:1的参考电压范围内提供良好的线性度。

极低噪音

LTC1412具有近乎完美的噪声性能。由于它的SAR结构，单信噪比和单通转换，它几乎不会给输入信号增加额外的噪声。其73dB信噪比(11.83ENOB)与12位ADC的理论量化噪声(12位× 6.02dB/bit + 1.76dB = 74dB理论)相比，小于1dB。它的低孔径抖动(<5ps)即使在输入到奈奎斯特频率时也能保持近乎完美的信噪比。

没有其他ADC能以3Msps的速度达到这样的性能。它至少比任何其他产品好3dB(有效位的一半)，比一些产品好12dB(两位)(见图1)。图7a显示了Nyquist LTC1412的FFT。本底噪声对应于73dB的信噪比。

除了极低的噪声外，LTC1412在奈奎斯特还具有80dB的失真性能(见图7a)。结合73dB信噪比，Nyquist的SINAD为72dB，这是任何12位器件无法比拟的数字，比大多数14位器件都要好。图7b显示，在高输入频率下，信噪比、SINAD和THD仍然很好。

出色的交直流性能

LTC1412提供上述近乎完美的交流性能，同时具有出色的线性度。图5和图7是在无需更改输入范围或配置的任何其他部分的情况下生成的。

无管道延迟-启动/停止ok -即时启动

LTC1412没有管道延迟。这意味着当转换开始时，转换的结果在300ns后就准备好了。这与转换器形成对比，转换器在转换开始和数据之间可能有7个周期的延迟(3Msps时2.3µs)。

尽管有些应用程序对这种延迟不敏感，但许多应用程序都是如此。例如，在许多事件驱动的采样系统中，当每个事件发生时，都会对其进行采样，并且在下一个事件发生之前需要得到结果数据。在这些情况下，LTC1412可以数字化并在300ns内提供结果，并为下一次采样做好准备。相比之下，流水线ADC将无法在这些应用中工作，因为其7个周期的延迟将需要2.3µs，并且为每个样品产生冲洗流水线的问题。

高速控制循环是另一个不能接受数据延迟的领域(为了循环的稳定性)。LTC1412可以支持完整的3Msps数据速率，没有延迟。这种类型的例子是电机控制和高速DSP伺服控制回路。

LTC1412解决了MUXing流水线转换器的问题。它的零管道延迟使得MUXing很容易，因为它很容易跟踪正在转换的样本。

最后，由于没有最小采样率，启动和停止采样时钟不会对转换器造成任何问题。长时间暂停后的第一次转换将完全准确，就像任何其他转换一样(见图8)。这使得LTC1412非常适合异步采样的数据采集系统，并且ADC必须在长时间非活动后转换，没有任何启动时间。

干净、简单、守规矩……无异常行为

LTC1412是一台干净的机器，易于布局和实现。SAR结构不容易受到闪光代码或其他不稳定行为的影响，并且在合理的照顾下表现非常好。图6显示了该设备的几个不错的特性。首先，差分输入对于消除噪声非常有用。将它们在电路板上一起布线到信号输入，可以抑制可能出现在整个电路板上的地噪声。其次，独立的逻辑输出电源和地不仅可以方便地连接到3V，还可以简化到逻辑部分的连接。

图9显示了这如何极大地简化大型系统或多个ADC系统中的接地。首先，每个艺发局附近的场地可以保持清洁。其次，差分输入允许信号被清晰地捕获，甚至从系统中的另一块板。最后，所有数据转换器的输出可以在逻辑部分组合，而不会在整个系统中产生接地电流。

高效小巧的包装

因为它是一个简单，高效的架构，芯片尺寸小，LTC1412可以装在一个很小的封装。代替流水线部件使用的非常大的封装，LTC1412采用了一个很小的SSOP-28。与有竞争力的流水线部件的比较如图4所示。

结论

流水线adc在非常高的采样率下是有用的，但正如我们所看到的，它们确实有缺点。到目前为止，设计人员不得不使用流水线转换器来获得高达3Msps的速度，但没有更多。现在有一个干净的SAR替代方案:LTC1412。它具有流水线ADC所具有的所有功能，但没有缺点。这无疑是解决管道问题的良方。