电源技术中的12b双通道高速A/D转换器AD9238的原理及应用
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2020-12-10
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电源技术中的电源技术中的12b双通道高速双通道高速A/D转换器转换器AD9238的原理及应用的原理及应用
AD9238是美国模拟器件公司（ADI）在2002年8月推出的业界最快的12 b双通道模数转换器。AD9238与ADI公
司的驱动运算放大器配合可以给医疗成像、多通道通信等高端应用提供完整的解决方案。 AD9238分3种型
号，采样率最高分别可达20 MS/s，40 MS/s和65 MS/s。他可以提供与单通道A/D转换器同样优异的动态性能，
但是比使用2个单通道A/D转换器具有更好的抗串扰性能。 AD9238三种型号的功耗分别为180 mW，330
mW和600 mW，只有同类A/D转换器的1/2。他采用64脚LQFP封装（尺寸只有9 mm×9 mm），非常适合在对尺
寸要求严格的场
AD9238是美国模拟器件公司（ADI）在2002年8月推出的业界最快的12 b双通道模数转换器。AD9238与ADI公司的驱动运算
放大器配合可以给医疗成像、多通道通信等高端应用提供完整的解决方案。
AD9238分3种型号，采样率最高分别可达20 MS/s，40 MS/s和65 MS/s。他可以提供与单通道A/D转换器同样优异的动态
性能，但是比使用2个单通道A/D转换器具有更好的抗串扰性能。
AD9238三种型号的功耗分别为180 mW，330 mW和600 mW，只有同类A/D转换器的1/2。他采用64脚LQFP封装（尺寸
只有9 mm×9 mm），非常适合在对尺寸要求严格的场合中使用。
1 AD9238的主要特点：的主要特点：
集成了2个12 b的单通道A/D转换器AD9235（20/40/65 MS/s）；采用单一3 V供电（2．7～3．6 V）；RSN＝70
dBc（最高采样频率时,AD9238-65,此值为典型值）;RSFD＝85 dBc（最高采样频
率时,AD9238-65,此值为典型值）；ENOB＝11.3 b（有效位数，典型值）；差分输入时有500 MHz的3 dB带宽；有片上的参
考电压和SHA；1～2Vp-p 的模拟输入范围；输出数据格式为偏移二进制码或者是二进制补码;AD9238-65还带有片上时钟占空
比调整电路；通道间串扰为－80 dBc＠fIN＝10 MHz。
2 芯片内部结构及原理说明 芯片内部结构及原理说明
如图1所示，AD9238由2个基于AD9235转换器核的高性能A/D转换器组成。这2个ADC通道除了共用内部的电压参考源
VREF，其他基本是独立的。每个ADC通道都包含有1个前端采样保持放大器（SHA）和1个流水线ADC。该流水线ADC分为
三级，第一级是1个4 b的闪速（Flash）ADC，第二级是8个1．5 b的闪速ADC，第三级是1个4 b的闪速ADC。每一级都提供
有充分的位数重叠来纠正前一级的错误，每级的量化输出再加上数字误差校正可以保证最后得到12 b的有效位数。流水线的结
构允许前一级在完成某一采样工作后进行新的采样，而后一级仍在进行先前的采样工作。
流水线的每一级（除了最后一级）都有一个低位数的DAC和一个乘法器来驱动下一级。乘法器用闪速ADC的输出来控制
开关电容DAC。DAC的输出减去输入信号再经放大后送入下一级流水线，乘法器这一级也叫做乘法DAC（MDAC）。每一级
有1 b用来对前一级的错误进行数字校正。最后一级只包括一个闪速ADC。冲器。输出缓冲器单独供电，这样可以方便地对输
出电压进行调节。AD9238有64个管脚，管脚分布如图2所示。
3 AD9238应用系统设计应用系统设计
A/D转换器的应用属于数字模拟混合电路设计，以下对AD9238应用系统设计时需要重点考虑的几个问题进行详细论述。
3.1 模拟输入模拟输入
AD9238的模拟输入端（管脚2，3，14，15）是一个差分开关电容电路（SHA），他可以接收1-2Vp-p范围的单端或者差
分模拟输入信号。
SHA电路根据时钟信号选择处于采样模式或者是保持模式。在SHA电路的每个输入端串接一个小的电阻可以减小从输出
级驱动源产生的瞬时峰值电流，并接一个电容可以提供动态负载电流。这个无源网络组成了一个输入低通滤波器。
REFT和REFB分别提供了内部正负差分电压参考。 他们定义了ADC内核的电压范围，有关的关系如下：
内部电压参考（VREF）的范围是0．5～1．0 V，按照上述关系，外部电压输入范围为1．0～2．0 V。当AD9238工作
在最大的输入范围时(2Vp-p模式时），可以获得最大的RSN（信噪比）性能，当工作在1Vp-p模式时，RSN会下降3 dB。
如前所述，AD9238可以采用单端或者差分模拟输入。当工作在差分输入模式时，会有比较好的性能。这时建议采用AD公
司的差分运放AD8138作为ADC的驱动芯片。当AD9238工作在单端输入模式时，ADC的性能会有所下降（如SFDR和S
NR指标），但是比较适合低成本的应用，这时还是可以保证比较好的性能。
3．．2时钟信号时钟信号
高速的ADC对时钟的占空比很敏感，一般来说需要有50％（±5％）的占空比。AD9238给每个通道单独提供时钟（管脚
CLK＿A和CLK＿B），当2个通道的采样时钟同频同相时会有比较好的性能，当2个通道不同步时性能会有所下降。
AD9238-65内部有2个时钟占空比调节器，可以将占空比调整到50％（当使能DCS管脚时）。另外两种型号没有这种功能。
时钟信号的电源驱动应该和输出数字信号驱动分开，以避免混入数字噪声。时钟信号的孔径抖动对ADC的性能影响较
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