LTC走向高速

每个人都知道线性技术的线性和开关稳压器，但在过去的几年里，线性已经建立了一个令人印象深刻的数据转换产品系列。随着最近快速12位和14位adc的推出，以及最近16位部分的推出，该系列继续扩大。现在，LTC转换器家族的最新成员LTC1406将LTC带入了一个新的方向:用于通信和视频转换的高速。

LTC1406特性

• 20Msps采样率，8位并行输出

• 250MHz内部采样保持

• 48.5dB S/(N + D)和62dB THD

• 70MHz的7.0有效位

• ±1LSB DNL和INL Max

• 低功耗下电模式

• 占地面积小:24针窄SSOP封装

为什么要使用线性技术?

市场上还有其他8位20Msps转换器，那么为什么要使用LTC1406呢?LTC1406有几个显著的优势比其看似相似的竞争对手。

通信的宽输入带宽

一个非常有用的优点是极宽带采样保持。LTC1406的250MHz输入带宽允许对高频信号进行欠采样。再加上其出色的失真，LTC1406具有比市场上任何其他8位，20MHz部件更好的高频欠采样性能。低频时的信噪比(噪声+失真)接近理想的48.5dB;一直到10MHz都是平稳的。即使在70MHz，远超过奈奎斯特频率10MHz，信噪比(噪声+失真)仍然接近44dB，相当于7.0 ENOBs(有效位数)。图1展示了这种出色的性能以及无杂散动态范围(SFDR)。对于通信应用，或任何依赖于高动态范围和非常高输入频率下的大量有效位的应用，LTC1406优于竞争对手。

占用空间小

董事会空间是个问题吗?LTC1406也是最小的8位，20MHz可用部件。它采用微型GN-24封装，占地仅52毫米(2)(仅为SO-8封装尺寸的1.75倍)。它还只需要三个表面贴装旁路电容器，一个用于数字和输出逻辑电源，一个用于参考输入(V(REF))，一个用于V(BIAS)引脚，因此除了封装小之外，布局占地面积小。

低功耗关机模式

LTC1406的低功耗可以通过利用关机模式进一步降低。以SHDN引脚降低转换器和偏置电路的功率，使该部分仅从电源中吸取微小的泄漏电流。当转换器空闲时，这可以减少便携式和电池供电设备的功耗。

超量程的/不定值检测

LTC1406的另一个独特功能是使用溢出/下流位检测超量程或欠量程情况的能力。OF/UF输出将在低于0000 0000到0000 0001转换的1LSB和高于1111 1110到1111 1111转换的1LSB处从0过渡到1，提供一个明确的指示，即输入信号在转换器的满量程转换范围之外。这可以作为一个标志，当修剪输入跨度，以最大限度地提高信噪比。对于CCD输出像素不同的成像应用，对于输入信号幅度不断变化的通信应用，或者对于输入跨度变化的任何应用，LTC1406都可以轻松优化性能。

易用性和灵活性

试图使高速数据转换器发挥作用，在过去是接近“科学魔法规模”的魔法末端的某个地方。通常情况下，灵活性越强(用户连接部件的选项越多)，使部件正常工作就越困难。LTC1406改变了这一点:它的设计使其易于获得良好的性能，并且在不牺牲灵活性的情况下非常易于使用。它从非常简单、直接的联系开始。电源、基准、时钟和输入是开始将高速信号转换为1和0所需要的全部。

连接电源电压是LTC1406内置的简单性和灵活性的一个很好的例子。在最简单的配置中，将数字和输出逻辑电源连接到单个5V电源和旁路电容器上，就完成了。如果您需要与3V逻辑接口，LTC1406也准备好了。逻辑输入设置为与3V或5V信号同样良好地工作，输出逻辑电源(O(VDD))可以连接到单独的3V电源以提供3V数据输出。这消除了电路将3V时钟电平移至5V和/或将整个5V数据总线电平移回3V的需要。

参考资料也更容易提供。传统的半闪结构需要两个参考电压，两个旁路电容器和两个缓冲放大器，用于参考阶梯的顶部和底部，而LTC1406只需要一个2.5V参考和旁路电容器。在更改或调整输入范围时，这确实是一个优势。而不是移动顶部和底部电压来获得正确的量程，单个2.5V参考函数作为增益控制。它也需要更少的电流，因此更少的功率，从参考，因为没有电阻梯驱动。所需的典型参考电流约为1mA (5mW)，而大多数半闪存架构的参考电流约为7mA (35mW)。

灵活的输入

容易驾驶

LTC1406最强的特点之一是输入结构。输入很容易操作。随着时钟沿上升，LTC1406进入轨道模式，并且像其他转换器一样，输入端绘制一个小电流尖峰来给输入采样电容充电。然而，输入电容通常是竞争部件的四分之一，因此充电所需的电流峰值要小得多。当时钟高时，采样电容上的电压将跟踪输入端的电压。同样，这种小输入电容使得输入更容易驱动，特别是对于高输入频率。将容性负载减少70%-80%大大降低了输入缓冲放大器的要求，并可能完全消除对缓冲放大器的需求。

在下降时钟沿上，对输入电压进行采样;当时钟低时，输入只产生很小的漏电流。

差动或单端

LTC1406的输入是真正的差分;它们总是会转换A(IN)+和A(IN) -之间的差值。当A(IN)+ - (A(IN) -) = 1V时，输出码最大值为1111 1111;当A(IN)+ - (A(IN) -) = - 1V时，输出码最小为0000 0000。这些差分输入还具有出色的共模抑制，因此两个输入共同的任何噪声或不需要的信号都将被拒绝。然而，输入不需要驱动差异来实现良好的性能。如果存在差分信号，则可以直接连接差分输入。如果输入信号是单端，则不需要复杂的变压器来产生差分信号;LTC1406可以像处理差分信号一样轻松地处理单端信号。A(IN) -输入可以连接到共模电压，A(IN)+成为信号输入，以A(IN) -为中心有±1V的跨度。同样，为了简化连接，A(IN) -可以连接到V(REF)，从而产生1.5V-3.5V的输入范围，如图2a所示。

轨对轨共模

LTC1406输入结构的另一个优点是输入具有扩展到任意轨的共模范围。在单端模式下，2V输入跨度可以从0V-2V扩展到3V-5V。±1V的差分输入跨度也可以在导轨之间扩展。这允许直接耦合到大范围的输入，而无需任何额外的电路。此外，输入可以是交流耦合的，以允许2V的输入跨度为中心，几乎任何共模电压(见图2b)。

使用高速adc的关键

LTC1406使用内部采样保持和管道量化架构将信号转换为8位并行输出。输入在下降时钟沿上采样，转换成内部差分电压并馈入比较器以确定最有效位。该决定的结果从样本中减去，剩余乘以2，然后通过类似的采样保持传递到下一阶段。这在8个管道阶段继续下去。比较器输出然后在数字纠错电路中组合成一个8位并行字。图3是LTC1406的框图。

LTC1406的每级一比特的管道架构非常类似于其他8位20MHz转换器中使用的半闪存或子量程架构(有时也称为管道，区别在于每个比较器周期中确定的位数)。但是，如果您更熟悉许多低速度，高分辨率转换器(包括大多数Linear Technology的转换器)中使用的逐次逼近寄存器(SAR)架构，则需要了解一些关于高速adc的事情。

几乎所有高速转换器的输出数据都有延迟。这被定义为延迟，通常表示为时钟周期的数量，从输入的采样到数字输出上的转换数据的出现。最常见的8位，20MHz转换器的架构，半闪存，通常有2.5时钟周期的延迟。LTC1406以及其他8位、每级1位的流水线转换器的数据延迟为5个时钟周期。每个下降的时钟沿采样输入并开始转换。该样本的数字表示将在转换开始后的第五个下降沿之后作为8位并行字可用。因此，尽管每次转换需要五个时钟周期，但在每个下降沿上都可以获得一个新的转换结果。图4清楚地说明了采样输入与输出数据可用时间之间的关系。

在使用高速转换器时，另一个重要的考虑因素是采样时钟。大多数高速转换器都使用时钟的两个相位，因此保持50%的占空比至关重要。在每个时钟阶段，ADC的一半阶段是采样，一半阶段是放大。在转换速度低于最大转换率时，占空比可以偏离50%而不会降低性能。在最大转换率下，保持50%的占空比是很重要的。提供一个具有低抖动和快速上升和下降时间(2ns)的时钟也很重要。

最后，大部分内部电路是动态运行的，导致两个重要的后果。首先，与大多数高速adc一样，转换速度有一个下限。LTC1406的最小转换速度为10kHz。其次，一些高速adc，包括LTC1406，是动态偏置的，偏置必须定期刷新。在正常、自由运行的转换条件下，偏置在每个时钟周期内刷新。但是，当首次通电或时钟停止时间超过100µs时(例如，在关机模式下)，在输出数据有效之前，通常必须以大于10kHz的采样率对该部件进行20个时钟周期的时钟处理。

简单，干净，小布局

高速转换器难以使用的原因之一是电路板布局对于高输入频率变得非常关键。图5中的布局显示了使用LTC1406获得干净、紧凑的布局是多么容易，即使将输出逻辑连接到数字电源和地也是如此——它几乎是自动的。它还说明了相对于标准的SO-24，微型GN-24封装的优势。该引脚设计用于从输入信号到数字输出的平滑流动。所有的电源、基准和输入都位于器件的一侧，时钟输入和数字数据输出位于另一侧。这样可以方便地分离数字地平面和数字地平面，并有助于防止数字噪声耦合到输入。如前所述，LTC1406只需要很少的外部元件，其引脚设计允许旁路电容器非常靠近封装。这种闭合旁路最大限度地减少了引线电感和对地平面电流的灵敏度，这在整个系统时钟频率为20MHz时是至关重要的。

干净，宽带欠采样性能

如果没有出色的性能，LTC1406的所有功能和优势将毫无意义。幸运的是，LTC1406拥有它。极低的噪声加上低失真和宽输入带宽使LTC1406在极宽的输入频率范围内表现出色。如图1所示，信噪比(噪声+失真)在10MHz时几乎保持平稳。图6显示了输入频率为30MHz的FFT图，并提供了一个更清晰的图像，显示了超过10MHz奈奎斯特频率的低失真和高杂散自由动态范围。

结论

LTC1406具有高速设计人员所需的一切:宽输入带宽，高频率和欠采样性能，任何8位，20MHz转换器中最小的封装以及一系列功能，使其易于使用并易于获得最大性能。线性技术和LTC1406将是受欢迎的高速数据转换的补充。