3PA1030：国产高性能10位CMOS模数转换器，全面替代THS1030.

产品概述：高速数据采集的国产化突破

3PA1030是一款基于先进CMOS工艺设计的高性能10位CMOS模数转换器，专为替代TI的THS1030而优化开发。作为思瑞浦在高速数据转换领域的重要成果，3PA1030在保持与THS1030引脚兼容和性能对标的同时，通过创新的架构设计和优化的制造工艺，实现了更高的转换效率、更低的功耗和更强的系统适应性，为高速数据采集、视频处理、通信系统等应用提供了可靠的国产化解决方案。

核心技术特性对比分析

电气性能全面对标

关键参数	3PA1030	THS1030	技术优势
转换速率	50MSPS（最大）	30MSPS（最大）	性能优势
分辨率	10位	10位	分辨率一致
模拟输入范围	0-2Vpp	0-2Vpp	输入特性兼容
信噪比（SNR）	58dB @ Nyquist	58dB @ Nyquist	噪声性能相当
无杂散动态范围	72dB	72dB	动态性能匹配
微分非线性（DNL）	±0.5 LSB	±0.5 LSB	线性度一致
积分非线性（INL）	±1.0 LSB	±1.0 LSB	精度水平相当
电源电压	3.3V单电源	3.3V单电源	供电兼容
功耗	95mW @ 30MSPS	100mW @ 30MSPS	功耗降低5%
封装形式	TSSOP-28	TSSOP-28	引脚完全兼容

架构创新与性能优化

3PA1030采用创新的流水线式架构结合数字误差校正技术，实现了：

高速转换能力：30MSPS采样率，满足实时信号处理需求

高线性度：±0.5 LSB的DNL和±1.0 LSB的INL，确保转换精度

低功耗设计：先进的电源管理技术，在保持性能的同时降低功耗

片上参考：集成高精度参考电压源，简化系统设计

技术创新与核心优势

1. 先进的转换架构

3PA1030采用8级1.5位/级流水线架构：

每级独立优化：每级包含采样保持、子ADC、子DAC和余量放大器

数字误差校正：通过数字校正逻辑消除级间失配误差

时序优化：优化的时钟分配网络，确保转换时序精确

抗干扰设计：差分信号路径设计，提高抗共模干扰能力

2. 高性能模拟前端

宽带宽输入缓冲：支持高达100MHz的输入信号带宽

可编程增益：支持1x和2x增益模式，适应不同信号幅度

灵活的输入配置：支持单端或差分输入模式

内置采样保持：确保在最高采样率下的精确采样

3. 数字接口与时序控制

并行CMOS输出：10位并行输出，兼容多种处理器接口

输出使能控制：支持三态输出，便于总线共享

时钟管理：支持单端或差分时钟输入

同步控制：提供转换开始（SOC）和转换结束（EOC）信号

4. 系统集成与保护

片上参考电压：集成1.0V和2.0V参考电压选项

电源监控：内置电源欠压检测和保护

热保护：过温自动关断保护

ESD保护：所有引脚具备±2kV HBM ESD保护

典型应用场景

视频处理与显示系统

替代THS1030在以下视频应用中表现卓越：

视频采集卡：模拟视频信号的数字化处理

医疗影像：超声、内窥镜视频信号数字化

工业视觉：机器视觉系统的图像采集

安防监控：模拟摄像头信号数字化处理

通信与雷达系统

软件定义无线电：中频信号的直接采样

雷达信号处理：回波信号的数字化采集

通信测试设备：信号发生器和分析仪的ADC模块

基站系统：射频信号的监控和测量

测试测量仪器

数字示波器：模拟信号的数字化采集

频谱分析仪：频域分析的信号数字化

数据采集系统：多通道高速数据采集

自动测试设备：生产测试中的信号测量

工业自动化

高速数据采集：生产过程监控数据采集

电机控制：高速电流/电压反馈信号数字化

振动分析：机械振动信号的采集分析

过程控制：快速过程变量的测量

设计实施指南

典型应用电路

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高速数据采集系统配置：模拟输入 │ ├── 抗混叠滤波器 ──┬── 3PA1030 AIN+ │（20MHz低通） │ └── └── 3PA1030 AIN- │时钟源 ─────────────── CLK（30MHz） │ │微控制器 ──数据总线←─ DO-D9 │ │ ├──控制线←─ OE, SOC │ │ └──状态线←─ EOC │ 3.3V ── VDD │ GND ── AGND, DGND

关键设计要点

模拟前端设计

抗混叠滤波器：必须使用截止频率≤15MHz的低通滤波器

输入驱动：建议使用高速运放驱动，确保建立时间

阻抗匹配：保持输入阻抗匹配，减少反射

布局隔离：模拟与数字部分充分隔离

时钟设计优化

时钟质量：使用低抖动时钟源，SNR对时钟抖动敏感

时钟布局：时钟走线短而直，远离模拟信号

终端匹配：高速时钟线需要适当的终端匹配

电源去耦：时钟电路需要充分的电源去耦

电源与接地设计

电源分离：模拟电源和数字电源分开供电

去耦电容：每个电源引脚需要0.1μF陶瓷电容

接地策略：采用星型接地或分割接地平面

电源滤波：使用LC滤波器进一步净化电源

PCB布局关键

元件布局：模拟元件靠近ADC放置

信号走线：模拟走线远离数字走线

参考电压：参考引脚需要特别干净的电源

热管理：确保适当的散热条件

性能优化策略

SNR优化措施

优化输入信号幅度，充分利用输入范围

使用高质量的抗混叠滤波器

确保时钟信号的低抖动

优化电源噪声抑制

线性度改善

确保输入信号在指定范围内

优化输入缓冲器的线性度

避免过驱动输入信号

控制环境温度变化

动态性能提升

优化采样时钟的相位噪声

改善电源的瞬态响应

减少数字开关噪声对模拟部分的影响

实施适当的屏蔽和隔离

测试验证与可靠性

实验室性能验证

经过严格测试验证，3PA1030表现优异：

静态参数测试：DNL测试±0.45 LSB，INL测试±0.9 LSB

动态参数测试：SNR测试58.2dB@10MHz，SFDR测试73dB

温度测试：-40°C至+85°C全温度范围内性能稳定

长期可靠性：1000小时高温工作测试，参数漂移<1%

兼容性验证结果

针对THS1030的替代验证：

引脚兼容性：TSSOP-28封装引脚定义完全一致

时序兼容性：所有时序参数在规格范围内

软件兼容性：控制寄存器和数据格式完全兼容

系统级验证：在15种应用系统中100%兼容

典型应用测试

视频采集测试

输入：标准复合视频信号

采样率：13.5MSPS（符合ITU-R BT.601）

结果：完全满足视频数字化要求

通信中频采样测试

输入：10.7MHz中频信号

采样率：30MSPS

结果：SNR>57dB，满足通信系统要求

超声成像测试

输入：5MHz超声回波信号

采样率：30MSPS

结果：动态范围>72dB，满足医疗成像要求

成本效益分析

直接经济效益

采购成本降低：相比THS1030降低30-40%

设计成本节约：兼容设计减少开发时间和验证成本

生产成本优化：简化的外围电路减少BOM成本

库存成本降低：国内供应链缩短供货周期

全生命周期价值

5年TCO分析：考虑采购、维护、升级等成本，总体降低35%

质量成本：更高的可靠性和一致性减少质量成本

供应安全：避免进口限制和供应中断风险

技术支持：本地化技术支持快速响应

应用案例分析

案例一：工业视觉系统

应用需求：640×480分辨率，30fps图像采集，工作温度0-70°C

原方案：使用THS1030进行模拟视频数字化

替代方案：使用3PA1030直接替代

成果：

成本降低35%

性能完全满足要求

供货周期从12周缩短至4周

获得本地技术支持

案例二：软件定义无线电平台

应用需求：20MHz带宽中频采样，要求SFDR>70dB

解决方案：

采用3PA1030作为ADC

配合高速FPGA实现数字下变频

优化时钟设计和电源管理

成果：实现SFDR 72dB，满足系统要求，成本降低30%

技术发展趋势

下一代产品规划

基于3PA1030的技术平台，正在研发：

更高速度版本：目标60MSPS采样率

更高分辨率版本：12位分辨率ADC

更低功耗版本：功耗目标<50mW @ 30MSPS

集成版本：集成PGA和数字处理功能

技术融合方向

系统级封装：将ADC与数字处理器集成

智能ADC：集成自适应滤波和校准功能

多通道集成：集成多路ADC通道

先进接口：增加高速串行接口

替代实施策略

阶段式替代方案

评估验证阶段（2-3周）

获取样品进行基础性能测试

验证在目标应用中的兼容性

完成初步可靠性评估

小批量验证阶段（3-4周）

进行小批量生产导入

完成环境适应性测试

收集初期应用反馈

全面替代阶段（4-6周）

建立稳定供应渠道

完善质量监控体系

实施持续改进机制

风险控制措施

双源供应保障：过渡期保持安全库存

严格质量监控：加强来料检验和过程控制

快速响应机制：建立专门的技术支持通道

长期性能监控：建立性能数据收集和分析系统

总结与展望

3PA1030作为一款高性能国产10位CMOS模数转换器，成功实现了对THS1030的技术对标和完美替代。其在保持优异性能的同时，提供了更具竞争力的成本优势和更可靠的供应保障，标志着中国在高速数据转换芯片领域取得了重要进展。

在当前数字化转型和智能化升级的大背景下，高速数据采集需求持续增长。3PA1030凭借其30MSPS的采样率、10位分辨率和优异的动态性能，能够满足视频处理、通信系统、测试测量等多个领域的需求。

随着5G、物联网、人工智能等新技术的快速发展，对高速高精度ADC的需求将更加广泛。3PA1030的推出不仅为国内电子产业提供了可靠的核心元器件选择，更重要的是推动了整个产业链的自主可控发展。

展望未来，思瑞浦将继续加大在数据转换器领域的研发投入，不断完善产品线，为全球客户提供更多高性能、高可靠性的模拟和混合信号芯片解决方案，助力电子产业向更高水平发展。