在雷達、衛(wèi)星通信等高頻信號處理場景中，工程師常面臨一個棘手問題：當輸入信號頻率攀升至400MHz以上時，傳統(tǒng)ADC的無雜散動態(tài)范圍（SFDR）會迅速退化至60dB以下，致使信號中微弱的目標信息被噪聲所掩蓋——這在衛(wèi)星通信接收深空微弱信號時，可能直接造成“漏判”或“誤判”。

芯佰微電子推出的CBM94AD34-50012位高速模數(shù)轉換器（ADC），以“高采樣率+高動態(tài)性能+進口替代兼容性”三大核心優(yōu)勢，成為破解高頻信號采集痛點的關鍵方案。

一、高頻場景的三大核心痛點，傳統(tǒng)ADC難以突破

在雷達、寬帶通信等高頻應用中，ADC作為“模擬信號轉數(shù)字信號的第一道關卡”，其性能直接決定后端信號處理的精度。但傳統(tǒng)方案存在三大瓶頸：

在高頻應用中，ADC的動態(tài)性能會顯著下降。例如，當輸入信號頻率從30MHz增加到450MHz時，許多12位ADC的無雜散動態(tài)范圍（SFDR）會降低8-10dB，這通常會低于65dB的性能閾值。這種性能衰減意味著強信號的旁瓣可能會掩蓋較弱的信號，正如在雷達系統(tǒng)中，近距離的強反射目標可能會遮蔽遠處的小目標。

采樣率與功耗失衡：為覆蓋寬帶信號，ADC需支持500MSPS以上采樣率，但傳統(tǒng)方案功耗普遍超過1000mW，在衛(wèi)星、無人機等供電受限場景中，會導致設備發(fā)熱嚴重、續(xù)航驟降。

進口替代兼容性差：主流進口ADC（如ADIAD9434）面臨交貨周期長、供應鏈不穩(wěn)定等問題，而國產(chǎn)替代產(chǎn)品常因引腳定義、時序邏輯差異，需重新設計電路板，增加研發(fā)成本。

二、CBM94AD34-500：從動態(tài)性能到兼容性的全維度優(yōu)化

CBM94AD34-500是芯佰微推出的一款12位單片采樣模數(shù)轉換器（ADC），專為高性能、低功耗及易用性優(yōu)化設計。其采用SiGeBiCMOS工藝制造，封裝形式為56引線塑料封裝（QFN56），集成采樣保持放大器（SHA）和片內(nèi)基準電壓源，可提供完整的信號轉換解決方案。VREF引腳支持內(nèi)部基準電壓調節(jié)或外部基準輸入（外部基準模式需通過SPI端口開啟），適配多樣化信號處理需求。

該產(chǎn)品主要應用于無線與寬帶通信、接收器、通信測試設備、雷達和衛(wèi)星子系統(tǒng)及功率放大器的線性化等場景。

1、核心特性

性能參數(shù)：分辨率為12bit，采樣率達500MSPS，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）>65dB，輸入范圍可在1.18Vp-p至1.6Vp-p間調節(jié)，且與AD9434系列引腳兼容。

電源與接口：需1.8V模擬電源供電，采用差分時鐘以保證整體性能；數(shù)字輸出兼容LVDS（ANSI-644），數(shù)據(jù)格式支持二進制補碼、格雷碼或偏移二進制，配備數(shù)據(jù)輸出時鐘確保時序準確。

替代優(yōu)勢：可直接替代美國ADI公司的AD9434BCPZ-500，引腳定義與封裝形式一致，便于快速替換。

2、技術參數(shù)與工作條件

1.推薦工作條件

工作頻率（fCLK）：≤500MHz

模擬與數(shù)字電源電壓：1.75V～1.9V

模擬輸入共模電壓：1.6V～1.8V

工作環(huán)境溫度：-40℃~85℃

輸入信號幅度峰峰值（VIN(P-P)）：≤1.5V。

2. 關鍵性能指標

失調誤差：-5.0mV~+5.0mV，增益誤差：-9%FS~+9%FS

微分線性誤差（DNL）：-1.5~1.5LSB，積分線性誤差（INL）：-4.5~4.5LSB

信噪比（SNR）：30.3MHz輸入時≥63dBFS，450.3MHz輸入時≥61dBFS

功耗：典型值≤900mW，待機功耗≤60mW，休眠功耗≤12mW。

三、功能結構與引腳定義

1. 功能框圖

   
   

CBM94AD34的功能框圖如圖1所示，主要包含多級流水線結構（第一級至第八級流水線）、緩沖及偏置電路、基準緩沖電路、數(shù)據(jù)對齊與控制及數(shù)字校正電路、OTP（一次性可編程）電路、時鐘穩(wěn)定及管理電路、控制電路、SPI數(shù)據(jù)格式選擇及輸出驅動電路等模塊。各模塊協(xié)同工作，實現(xiàn)從模擬信號到數(shù)字信號的高效轉換與處理，其中時鐘穩(wěn)定及管理電路確保采樣時鐘的精準性，SPI接口則為數(shù)據(jù)格式配置等提供靈活控制。

圖 1功能框圖

2. 引腳排列與功能

CBM94AD34采用56引腳QFN封裝。部分關鍵引腳功能如下：

圖 2引出端排列

差分輸出引腳：包括D0-D11的正負端（如1腳D3-、2腳D3+、3腳D4-等），用于輸出轉換后的數(shù)字信號，采用差分形式以提高抗干擾能力。

電源引腳：模擬電源（VCC）分布在多個引腳（如30腳、32腳等），數(shù)字電源（VDD）包括7腳、24腳等，均為1.8V供電，需注意模擬電源與數(shù)字電源的穩(wěn)定供電。

控制引腳：29腳PWDN為關斷模式選擇引腳，25腳SDIO為SPI數(shù)據(jù)輸入/輸出（串行模式），26腳SCLK/DFS為SPI時鐘（串行模式）/輸出數(shù)據(jù)格式選擇（外部引腳模式），27腳CSB為SPI片選（低電平有效），通過這些引腳可實現(xiàn)芯片的模式控制與配置。

輸入引腳：35腳VIN+為模擬差分輸入正端，36腳VIN-為模擬差分輸入負端，44腳CLK+為時鐘差分輸入正端，45腳CLK-為時鐘差分輸入負端，40腳CML為共模電壓偏置輸出。

其他引腳：21腳OR-、22腳OR+為溢出判斷位的正負端，49腳DCO-、50腳DCO+為數(shù)據(jù)時鐘的正負端，8腳、23腳、48腳等均為數(shù)字地（GNDD）。

注：NC端（如28腳）正常使用時需懸空。

四、應用電路設計

1. 模擬輸入電路

   
   

CBM94AD34通過差分輸入配置可實現(xiàn)最佳性能，針對不同應用場景有多種推薦電路：

在基帶應用中，采用AD8138差分驅動器可提供出色性能和靈活接口。AD8138輸出共模電壓易設置到AVDD/2+0.5V，且可配置為Sallen-Key濾波器拓撲結構對輸入信號進行帶寬限制，具體電路如圖3所示。

圖 3利用AD8138進行差分輸入配置

當輸入頻率處于第二或更高奈奎斯特區(qū)域，尤其是70MHz至100MHz的中頻欠采樣應用時，建議使用差分雙巴倫耦合輸入配置。選擇變壓器時需考慮信號特性，避免低頻飽和及功率過大導致的失真，電路如圖4所示。

圖 4差分變壓器耦合配置

頻率在第二奈奎斯特區(qū)域內(nèi)時，還可使用AD8352差分驅動器，實例電路如圖5所示。

圖 5利用AD8352進行差分輸入配置

在任何配置中，并聯(lián)電容值C取決于輸入頻率和源阻抗，可能需要降低電容量或去掉該并聯(lián)電容。

2. 時鐘輸入電路

為充分發(fā)揮芯片性能，CBM94AD34的采樣時鐘輸入端（CLK+和CLK-）需采用差分信號，推薦以下時鐘輸入電路：

利用射頻變壓器將低抖動時鐘源的單端信號轉換為差分信號，跨接在變壓器次級上的背對背肖特基二極管可將時鐘信號限制為約差分0.8V峰峰值，既保留快速上升和下降時間，又防止大電壓擺幅影響低抖動性能，電路如圖6所示。

圖 6變壓器耦合差分時鐘配置

若沒有低抖動時鐘源，可對差分PECL信號進行交流耦合傳輸至采樣時鐘輸入引腳，AD9510/AD9511/AD9512/AD9513/AD9514/AD9515系列時鐘驅動器具有出色抖動性能，電路如圖7所示。

圖 7差分 PECL 采樣時鐘

也可采用差分LVDS采樣時鐘配置，電路如圖8所示。

圖 8差分 LVDS 采樣時鐘

在某些應用中，可利用單端CMOS信號驅動采樣時鐘輸入。CLK+引腳直接由CMOS門電路驅動，CLK-引腳通過0.1uF電容旁路至地；用1.8VCMOS信號驅動CLK+時，需通過0.1uF電容與39k電阻的并聯(lián)偏置CLK-引腳，電路如圖9所示。

圖 9單端 1.8 V CMOS 輸入時鐘

CLK+和CLK-引腳有約0.9V的內(nèi)部偏置，無需外部偏置；若時鐘信號為直流耦合，需使共模電壓保持在0.9V范圍內(nèi)。

3. 數(shù)字輸出

CBM94AD34的差分輸出數(shù)據(jù)默認符合ANSI-644LVDS標準，數(shù)據(jù)格式可通過SPI改為低功耗、較少信號選擇的類似IEEE1596.3標準的格式，該模式能進一步減少約39mW功耗。LVDS驅動器由一個驅動差分線對的電流源組成，通常電流為3.5mA。在LVDS接收機輸入端加100Ω終端電阻，將產(chǎn)生大約350mV的電壓擺幅。

該LVDS型輸出數(shù)據(jù)格式有利于與定制ASIC和FPGA中的LVDS接收器連接，在高噪聲環(huán)境中開關性能優(yōu)異。建議將帶100Ω終端電阻的單一點對點網(wǎng)絡拓撲結構放置在離接收器越近越好，避免終端過遠或差分布線不良導致的時序錯誤，且走線長度不超過24英寸，差分輸出走線需并行且長度相同。

輸出數(shù)據(jù)格式默認為偏移二進制，也支持二進制補碼、格雷碼等，輸入與輸出碼及模擬輸入的關系如表所示。

五、典型特性曲線

1. DNL與INL測試結果

   
   

在采樣率fCLK=500MHz、輸入信號頻率fIN=30.3MHz的測試條件下，CBM94AD34的微分線性誤差（DNL）為-0.51/+0.49LSB，無丟失碼（DNL≤-0.9）和丟失判決電平（DNL≥0.9）；積分線性誤差（INL）為-1.1/+1.1LSB。

2. 動態(tài)參數(shù)測試結果

當采樣率fCLK=499.99970304MHz、輸入信號頻率fIN=30.28867830MHz時，測試結果為：SFDR=79.23dBFS，二階和三階諧波失真（HD2,3nd）=78.89dBFS，四階諧波失真（HD4nd）=81.48dBFS，SNR=65.6dBFS，SINAD=65.1034dBFS，ENOB=10.5217bits。

3. SNR與SFDR隨采樣頻率變化曲線

根據(jù)CBM94AD34模數(shù)轉換器的性能參數(shù)，其在寬帶應用中具有良好的動態(tài)性能表現(xiàn)，SNR隨輸入頻率的變化曲線，在30.3MHz、70.3MHz、100.3MHz、250.3MHz、450.3MHz等輸入頻率點呈現(xiàn)一定變化，整體保持在較高水平。

SFDR隨輸入頻率的變化曲線表明，在各種輸入頻率條件下，無雜散動態(tài)范圍均展現(xiàn)出卓越的性能，充分滿足寬帶應用的各種需求。

六、多領域實踐

在無線與寬帶通信系統(tǒng)中，CBM94AD34500MSPS的采樣速率可滿足寬帶信號的實時數(shù)字化需求，12位分辨率與≥65dB的SFDR（無雜散動態(tài)范圍）能精準捕獲復雜調制信號的細節(jié)特征，適配基站收發(fā)信機、衛(wèi)星通信地面站等設備的信號采集需求。

作為接收器核心組件，CBM94AD34的寬輸入范圍（1.18Vp-p至1.6Vp-p）可兼容不同強度的接收信號，差分輸入架構與抗干擾設計（LVDS輸出、差分時鐘）能有效抑制噪聲，確保對微弱信號（如遠距離通信信號、雷達回波）的準確轉換，廣泛用于各類通信接收器、雷達接收前端等場景。

針對雷達和衛(wèi)星子系統(tǒng)，CBM94AD34的高動態(tài)性能（SFDR≥72dBFS@30.3MHz）能區(qū)分強弱目標信號，-40℃~85℃的寬溫工作范圍可適應極端環(huán)境，差分時鐘設計保證高速采樣的時序穩(wěn)定性，在氣象雷達、相控陣雷達及星載數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中發(fā)揮關鍵作用。