一、引言

在现代电子技术领域，模数转换器（ADC）作为连接模拟世界与数字世界的桥梁，扮演着至关重要的角色。随着科技的不断发展，对ADC的性能要求也越来越高，特别是在通信、成像、医疗超声等高精度、高速度的应用领域。AD9248作为一款双核、14位、20/40/65 MSPS、3V模数转换器，凭借其卓越的性能和广泛的应用领域，成为了众多设计师和工程师的首选。本文将详细介绍AD9248的各项特性、工作原理、应用场景以及设计考虑等。

二、AD9248概述

AD9248是亚德诺投资有限公司（Analog Devices, Inc.，简称ADI）推出的一款高性能模数转换器。它集成了两个高性能采样保持放大器（SHA）和一个基准电压源，采用多级差分流水线架构和输出纠错逻辑，在最高65 MSPS的数据速率下可提供14位精度，并保证在整个工作温度范围内无失码。AD9248具有低功耗、高信噪比（SNR）、无杂散动态范围（SFDR）大、抗串扰性能优异等特点，适用于多种高精度、高速度的应用场景。

三、AD9248主要特性

1. 集成式双核14位模数转换器

AD9248内部集成了两个独立的14位模数转换器核，每个核都具有高性能的采样保持放大器和转换逻辑。这种双核设计不仅提高了转换速率，还增强了系统的灵活性和可靠性。

2. 3V单电源供电

AD9248采用单一3V电源供电，供电电压范围为2.7V至3.6V。这种低电压供电设计不仅降低了功耗，还减小了电源噪声对转换精度的影响。

3. 高信噪比和无杂散动态范围

AD9248的信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）均表现出色。以AD9248-65为例，其SNR为71.6dBc（至Nyquist频率），SFDR为80dBc（至Nyquist频率）。这些指标保证了AD9248在高速、高精度应用中的卓越性能。

4. 低功耗

AD9248在提供高性能的同时，还保持了较低的功耗。以65 MSPS数据速率为例，其功耗仅为600mW（也有资料指出为300mW/通道，总计600mW，这里取较大值以覆盖可能的变化范围）。这种低功耗设计使得AD9248非常适合于电池供电或便携式设备中的应用。

5. 差分输入与宽带宽

AD9248具有差分输入接口，其3dB带宽高达500MHz。这种宽带宽设计使得AD9248能够处理高频信号，适用于多种高速、高精度应用。

6. 出色的抗串扰特性

AD9248具有出色的抗串扰性能，其串扰免疫度大于85dB。这种性能保证了AD9248在多通道、高密度布局中的应用稳定性。

7. 片内基准电压源和SHA

AD9248内部集成了基准电压源和采样保持放大器（SHA），无需外部元件即可实现高精度的模数转换。这种集成设计不仅简化了电路设计，还提高了系统的可靠性和稳定性。

8. 灵活的模拟输入范围

AD9248的模拟输入范围可调，支持1Vp-p至2Vp-p的输入范围。这种灵活性使得AD9248能够适应不同应用场合的需求。

9. 数据格式与输出选项

AD9248的数字输出数据格式为标准二进制或二进制补码。此外，AD9248还提供输出数据多路复用选项，使得用户可以根据实际需求选择适合的输出方式。

10. 时钟占空比稳定器

AD9248-65型号提供了一个占空比稳定器（DCS），可用来补偿较大的时钟占空比波动。这种设计保证了AD9248在不同时钟占空比条件下的稳定性能。

11. 与AD9238引脚兼容

AD9248采用64引脚LQFP封装，与AD9238引脚兼容。这种兼容性使得AD9248能够轻松替换现有的AD9238设计，降低了升级成本和时间。

12. 工业温度范围

AD9248的额定温度范围为-40°C至+85°C，适用于各种工业环境中的应用。

四、AD9248工作原理

1. 多级差分流水线架构

AD9248采用多级差分流水线架构，将模数转换过程分为多个阶段进行。每个阶段都包含一个子ADC和一个数字模拟转换器（DAC），用于对输入信号进行采样、量化、保持和重构。通过多级流水线的处理方式，AD9248能够在高速下保持高精度。

2. 采样保持放大器（SHA）

在模数转换过程中，采样保持放大器（SHA）起着至关重要的作用。它能够在极短的时间内对输入信号进行采样，并将其保持一段时间以供后续量化处理。AD9248内部集成了两个高性能的SHA，保证了高速、高精度的模数转换。

3. 输出纠错逻辑

为了进一步提高转换精度，AD9248内置了输出纠错逻辑。这种逻辑能够在转换过程中检测和纠正潜在的错误码，保证输出数据的准确性和可靠性。

4. 时钟占空比稳定器（DCS）

AD9248-65型号提供了一个占空比稳定器（DCS），用于补偿时钟占空比的波动。这种设计能够有效地减小时钟占空比变化对转换精度的影响，提高AD9248在不同时钟条件下的稳定性能。

五、AD9248应用场景

1. 通信领域

在通信领域，AD9248的高性能使其成为数字信号处理（DSP）、软件无线电（SDR）等应用中的理想选择。其高速、高精度的模数转换能力能够处理高频信号，满足通信系统的严格要求。

2. 成像领域

在成像领域，AD9248的宽带宽和高信噪比使其适用于高分辨率图像采集和处理应用。例如，在数字相机、医疗成像设备等领域，AD9248能够提供高质量的图像数据。

3. 医疗超声领域

在医疗超声领域，AD9248的高精度和低功耗特性使其成为便携式超声设备中的理想选择。其高性能模数转换能力能够确保超声图像的清晰度和准确性，为医生提供可靠的诊断依据。

4. 其他领域

除了上述应用领域外，AD9248还适用于多种其他高精度、高速度的应用场景。例如，在测试测量、航空航天、工业自动化等领域，AD9248都能够发挥其卓越的性能优势。

六、AD9248设计考虑

1. 电源设计

在设计AD9248的电源电路时，需要注意以下几点：

• 确保电源供电电压在2.7V至3.6V范围内，并保持稳定。

• 使用低噪声、高稳定性的电源芯片或模块，以减小电源噪声对转换精度的影响。

• 在电源输入端添加适当的滤波电容和去耦电容，以减小电源波动和干扰。

2. 时钟设计

时钟信号是模数转换器工作的基准信号，其质量和稳定性直接影响转换精度和性能。在设计AD9248的时钟电路时，需要注意以下几点：

• 选择高质量的时钟源，如晶体振荡器或温补晶振等。

• 确保时钟信号的频率和占空比满足AD9248的要求。

• 使用适当的时钟缓冲器或驱动器，以提高时钟信号的驱动能力和稳定性。

3. 输入信号调理

在将模拟信号输入到AD9248之前，需要进行适当的信号调理。这包括滤波、放大、偏置调整等步骤，以确保输入信号的质量满足AD9248的要求。

• 滤波：使用合适的滤波器去除输入信号中的高频噪声和干扰。

• 放大：根据实际需求对输入信号进行适当的放大处理，以提高转换精度和动态范围。

• 偏置调整：调整输入信号的直流偏置点，使其位于AD9248的输入范围内。

4. 布局布线

在PCB布局布线时，需要注意以下几点以确保AD9248的性能：

• 将AD9248放置在PCB的中心位置，并尽量缩短输入信号线、时钟信号线和电源线的长度。

• 使用差分走线方式传输输入信号和时钟信号，以提高信号的抗干扰能力和稳定性。

• 在电源线和地线上添加适当的去耦电容和滤波电容，以减小电源波动和干扰。

5. 热设计

AD9248在工作过程中会产生一定的热量。为了确保其长期稳定运行，需要进行适当的热设计。这包括选择合适的散热片、风扇等散热元件，以及合理布局PCB上的热源元件等。

七、AD9248与其他类似产品的比

AD9248与AD9238在引脚兼容、供电电压等方面具有相似性，但在性能和功能方面存在显著差异，使得AD9248在某些应用场景中更具优势。

从性能方面来看，AD9248提供了更高的转换速率和精度。AD9248支持20/40/65 MSPS的采样速率，而AD9238的采样速率可能较低（具体取决于AD9238的具体型号，但一般而言，AD9248提供了更高的选择范围）。此外，AD9248的14位分辨率确保了更高的量化精度，使得在需要高精度数据采集的应用中，AD9248能够提供更准确的结果。

AD9248在信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）方面表现出色。这些指标是衡量ADC性能的重要参数，影响了系统的动态范围和抗干扰能力。AD9248的高SNR和SFDR使得它在处理复杂信号或存在强干扰的环境中仍能保持高性能，而AD9238可能在这方面稍逊一筹。

AD9248集成了更多的功能，如片内基准电压源和采样保持放大器（SHA），这些集成功能简化了电路设计，提高了系统的可靠性和稳定性。相比之下，AD9238可能需要外部元件来实现这些功能，增加了设计的复杂性和成本。

AD9248还提供了更灵活的模拟输入范围选择和输出数据格式选项，使得它能够适应更多种类的应用场合。这种灵活性是AD9238所不具备的，或者AD9238在这方面的选择可能较为有限。

虽然AD9248和AD9238在引脚兼容方面相似，但AD9248在性能上的提升和功能上的增强使得它在需要高精度、高速度模数转换的应用中更具竞争力。因此，在设计新系统或升级现有系统时，工程师可能会更倾向于选择AD9248以满足更高的性能要求。

AD9248与AD9238虽然具有一些相似性，但在性能和功能方面的显著差异使得AD9248在许多高精度、高速度的应用中成为更优选的选择。