RHF1401
Rad-hard 14-bit 20 Msps A/D converter
Datasheet
-
production data
Ceramic SO-48 package
Applications
Digital communication satellites
Space data acquisition systems
Aerospace instrumentation
Nuclear and high-energy physics
Description
The RHF1401 is a 14-bit analog-to-digital
converter that uses pure CMOS 0.25 µm
technology combining high performance and very
low power consumption.
The RHF1401 is based on a pipeline structure
and digital error correction to provide excellent
static linearity. Specifically designed to optimize
power consumption, the device only dissipates
85 mW at 20 Msps, while maintaining a high level
of performance. The device also integrates a
proprietary track-and-hold structure to ensure a
large effective resolution bandwidth.
Voltage references are integrated in the circuit to
simplify the design and minimize external
components. A tri-state capability is available on
the outputs to allow common bus sharing. A data-
ready signal, which is raised when the data is
valid on the output, can be used for
synchronization purposes.
The RHF1401 has an operating temperature
range of -55° C to +125° C and is available in a
small 48-pin ceramic SO-48 package.
The upper metallic lid is not electrically connected to any
pins, nor to the IC die inside the package.
Features
Qml-V qualified, smd 5962-06260
Rad hard: 300 kRad(Si) TID
Failure immune (SEFI) and latch-up immune
(SEL) up to 120 MeV-cm
2
/mg at 2.7 V and
125° C
Hermetic package
Tested at F
s
= 20 Msps
Low power: 85 mW at 20 Msps
Optimized for 2 Vpp differential input
High linearity and dynamic performances
2.5 V/3.3 V compatible digital I/O
Internal reference voltage with external
reference option
Table 1. Device summary
Order code
RHF1401KSO1
RHF1401KSO-01V
SMD pin
-
5962F0626001VXC
Quality level
Engineering
model
QMLV-Flight
Package
Lead
finish
Mass
Temp range
SO-48
Gold
1.1 g
-55 °C to +125 °C
December 2017
This is information on a product in full production.
DocID13317 Rev 10
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www.st.com
Contents
RHF1401
Contents
1
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1
1.2
1.3
1.4
Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Pin connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Pin descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Equivalent circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2
Electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1
2.2
2.3
Absolute maximum ratings and operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Timing characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Electrical characteristics (after 300 kRad) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3
User manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1
3.2
Optimizing the power consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Driving the analog input: How to correctly bias the RHF1401 . . . . . . . . . 17
3.2.1
3.2.2
3.2.3
Differential mode biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Single-ended mode biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
INCM biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3
Output code vs. analog input and mode usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.1
3.3.2
Differential mode output code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Single-ended mode output code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4
Design examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Differential mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Single-ended mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5
Reference connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5.1
3.5.2
Internal voltage reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
External voltage reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6
3.7
3.8
Clock input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Reset of RHF1401 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Operating modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.8.1
3.8.2
3.8.3
Digital inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Digital outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Digital output load considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.9
2/38
PCB layout precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
DocID13317 Rev 10
RHF1401
Contents
4
Definitions of specified parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.1
4.2
Static parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Dynamic parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5
6
7
Package information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Ordering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Other information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.1
7.2
Date code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
8
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
DocID13317 Rev 10
3/38
38
List of tables
RHF1401
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Table 11.
Table 12.
Table 13.
Table 14.
Table 15.
Table 16.
Table 17.
Table 18.
Device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Pin descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Timing characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Analog inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Internal reference voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
External reference voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Static accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Digital inputs and outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Dynamic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Differential mode output codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Single-ended mode output codes with Vinb = Vbias and A = (Vrefp - Vrefm) . . . . . . . . . . 22
RHF1401 operating modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Ceramic SO-48 package mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Order codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Documentation provided for QMLV flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4/38
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RHF1401
List of figures
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
Figure 22.
Figure 23.
Figure 24.
Figure 25.
Figure 26.
RHF1401 block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Pin connections (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Analog inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Output buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Clock input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Data format input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Reference mode control input. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Output enable input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
VREFP and INCM input/output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
VREFM input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Timing diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
R
pol
values vs. Fs
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Power consumption values vs. F
s
with internal references disabled . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
RHF1401 in recommended differential mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
RHF1401 in recommended single-ended mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Equivalent Vin - Vinb (differential input) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Example 2 V
pp
differential input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Differential implementation using a balun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Optimized single-ended configuration (DC coupling) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
AC-coupling single-ended input configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Internal voltage reference setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
External voltage reference setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Example with zeners. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Output buffer fall time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Output buffer rise time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Ceramic SO-48 package mechanical drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
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