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一種高速ADC和DAC轉(zhuǎn)換電路分享

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發(fā)表于 2023-7-3 12:01:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

; f' y7 o  U$ j& j4 I1 h點(diǎn)擊上方藍(lán)色字體,關(guān)注我們
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AD9280 在時(shí)鐘(CLK)的驅(qū)動(dòng)下工作,用于控制所有內(nèi)部轉(zhuǎn)換的周期;AD9280 內(nèi)置片內(nèi)采樣保持放大器(SHA),同時(shí)采用多級(jí)差分流水線架構(gòu),保證了 32MSPS 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率下全溫度范圍內(nèi)無(wú)失碼;AD9280 內(nèi)部集成了可編程的基準(zhǔn)源,根據(jù)系統(tǒng)需要也可以選擇外部高精度基準(zhǔn)滿足系統(tǒng)的要求。
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AD9280 輸出的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制格式表示,當(dāng)輸入的模擬電壓超出量程時(shí),會(huì)拉高 OTR(out-of-range)信號(hào);當(dāng)輸入的模擬電壓在量程范圍內(nèi)時(shí),OTR 信號(hào)為低電平,因此可以通過 OTR 信號(hào)來(lái)判斷輸入的模擬電壓是否在測(cè)量范圍內(nèi)。
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AD9280 的時(shí)序圖如下圖所示:
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: F8 s$ I9 k& p4 o2 a! r2 T5 d( N3 [) _2 q& y, {7 J
模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并不是當(dāng)前周期就能轉(zhuǎn)換完成,從采集模擬信號(hào)開始到輸出數(shù)據(jù)需要經(jīng)過 3 個(gè)時(shí)鐘周期。比如上圖中在時(shí)鐘 CLK 的上升沿沿采集的模擬電壓信號(hào) S1,經(jīng)過 3 個(gè)時(shí)鐘周期后(實(shí)際上再加上 25ns 的時(shí)間延時(shí)),輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) DATA1。需要注意的是,AD9280 芯片的最大轉(zhuǎn)換速度是32MSPS,即輸入的時(shí)鐘最大頻率為 32MHz。
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. Y2 m# P: @" m2 C; K3 oAD9280 支持輸入的模擬電壓范圍是 0V 至 2V,0V 對(duì)應(yīng)輸出的數(shù)字信號(hào)為 0,2V 對(duì)應(yīng)輸出的數(shù)字信號(hào)為 255。而 AD9708 經(jīng)外部電路后,輸出的電壓范圍是-5V~+5V,因此在 AD9280 的模擬輸入端增加電壓衰減電路,使-5V~+5V 之間的電壓轉(zhuǎn)換成 0V 至 2V 之間。那么實(shí)際上對(duì)我們用戶使用來(lái)說,當(dāng) AD9280 的模擬輸入接口連接-5V 電壓時(shí),AD 輸出的數(shù)據(jù)為 0;當(dāng) AD9280 的模擬輸入接口連接+5V 電壓時(shí),AD 輸出的數(shù)據(jù)為 255。/ P& \5 Y) e% e$ K2 F3 B
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當(dāng) AD9280 模擬輸入端接-5V 至+5V 之間變化的正弦波電壓信號(hào)時(shí),其轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)也是成正弦波波形變化,轉(zhuǎn)換波形如下圖所示:
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: V; `0 r4 c( k- V" L9 M輸入的模擬電壓范圍在-5V 至 5V 之間,按照正弦波波形變化,最終得到的數(shù)據(jù)也是按照正弦波波形變化。8 X  t" N. J( l; S/ h
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高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)思路如下所示:$ l7 e4 Q0 `; x3 Z5 {

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; l, s0 }: a, ^' f6 S9 {
. e/ G, V8 `  ^: d- O' [高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如下所示:
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/ w: |! v) Z" y0 ~- S圖中輸入的模擬信號(hào) SMA_IN(VI)經(jīng)過衰減電路后得到 AD_IN2(VO)信號(hào),兩個(gè)模擬電壓信號(hào)之間的關(guān)系是 VO=VI/5+1,即當(dāng) VI=5V 時(shí),VO=2V;VI=-5V 時(shí),VO=0V。
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: g1 B6 d+ _" R. ~% N. N- h/ u高速DAC轉(zhuǎn)換電路5 I# }( k/ t1 |/ b, \
AD9708 是 ADI 公司(Analog Devices,Inc.,亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)有限公司)生產(chǎn)的 TxDAC 系列數(shù)模轉(zhuǎn)換器,具有高性能、低功耗的特點(diǎn)。AD9708 的數(shù)模轉(zhuǎn)換位數(shù)為 8 位,最大轉(zhuǎn)換速度為 125MSPS(每秒采樣百萬(wàn)次 Million Samples per Second)。
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0 E3 g" ^3 Z! m) l4 n9 a3 r6 b  XAD9708 的內(nèi)部功能框圖如下圖所示:4 r& v8 L" a: o/ _4 g- B; `6 Z) s
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$ _+ ]2 @9 ^2 X) {9 r6 HAD9708 在時(shí)鐘(CLOCK)的驅(qū)動(dòng)下工作,內(nèi)部集成了+1.2V 參考電壓(+1.20V REF)、運(yùn)算放大器、電流源(CURRENT SOURCE ARRAY)和鎖存器(LATCHES)。兩個(gè)電流輸出端 IOUTA 和 IOUTB 為一對(duì)差分電流,當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為 0(DB7~DB0)時(shí),IOUTA 的輸出電流為 0,而 IOUTB 的輸出電流達(dá)到最大,最大值的大小跟參考電壓有關(guān);當(dāng)輸入數(shù)據(jù)全為高點(diǎn)平(DB7~DB0=8’hff)時(shí),IOUTA 的輸出電流達(dá)到最大,最大值的大小跟參考電壓有關(guān),而 IOUTB 的輸出電流為 0。AD9708 必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能把數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)的鎖存器中,其觸發(fā)方式為上升沿觸發(fā),AD9708 的時(shí)序圖如下圖所示:$ T4 x. h& k; b% y$ n) c9 d
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上圖中的 DBO-DB7 和 CLOCK 是 AD9708 的 8 位輸入數(shù)據(jù)和為輸入時(shí)鐘,IOUTA 和 IOUTB 為AD9708 輸出的電流信號(hào)。由上圖可知,數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升沿鎖存,因此我們可以在時(shí)鐘的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)。需要注意的是,CLOCK 的時(shí)鐘頻率越快,AD9708 的數(shù)模轉(zhuǎn)換速度越快,AD9708 的時(shí)鐘頻率最快為125Mhz。
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3 `3 T, I8 U4 fIOUTA 和 IOUTB 為 AD9708 輸出的一對(duì)差分電流信號(hào),通過外部電路低通濾波器與運(yùn)放電路輸出模擬電壓信號(hào),電壓范圍是-5V 至+5V 之間。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)等于 0 時(shí),AD9708 輸出的電壓值為 5V;當(dāng)輸入數(shù)據(jù)等于 255時(shí),AD9708 輸出的電壓值為-5V。4 D+ w: F) K' Y' ]

5 ?9 [# F) G+ f/ @* E7 S' UAD9708 是一款數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)的器件,內(nèi)部沒有集成 DDS(Direct Digital Synthesizer,直接數(shù)字 式頻率合成器)的功能,但是可以通過控制 AD9708 的輸入數(shù)據(jù),使其模擬 DDS 的功能。例如,我們使用AD9708 輸出一個(gè)正弦波模擬電壓信號(hào),那么我們只需要將 AD9708 的輸入數(shù)據(jù)按照正弦波的波形變化即可,下圖為 AD9708 的輸入數(shù)據(jù)和輸出電壓值按照正弦波變化的波形圖。
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& {1 S8 o& @' r( A8 z3 d由上圖可知,數(shù)據(jù)在 0 至 255 之間按照正弦波的波形變化,最終得到的電壓也會(huì)按照正弦波波形變化,當(dāng)輸入數(shù)據(jù)重復(fù)按照正弦波的波形數(shù)據(jù)變化時(shí),那么 AD9708 就可以持續(xù)不斷的輸出正弦波的模擬電壓波形。需要注意的是,最終得到的 AD9708 的輸出電壓變化范圍由其外部電路決定的,當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為 0 時(shí),AD9708 輸出+5V 的電壓;當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為 255 時(shí),AD9708 輸出-5V 的電壓。
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由此可以看出,只要輸入的數(shù)據(jù)控制的得當(dāng),AD9708 可以輸出任意波形的模擬電壓信號(hào),包括正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。8 s8 r' [# \% B  l/ V5 o+ I! H

8 T$ F; w1 u5 b. N高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)思路如下所示:$ L0 U9 C- z+ _1 z- |& q& R

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7 ~& W! D& a- @- j, L% W  p' f+ R高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如下所示:; @+ c6 }# J% s! H8 l9 P

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& t/ G) K% ^% N% f/ S7 L9 v$ r, k5 e
圖中輸出的一對(duì)差分電流信號(hào)先經(jīng)過濾波器,再經(jīng)過運(yùn)放電路得到一個(gè)單端的模擬電壓信號(hào)。圖中右側(cè)的 W1 為滑動(dòng)變阻器,可以調(diào)節(jié)輸出的電壓范圍,推薦通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使輸出的電壓范圍在-5V 至+5V 之間,從而達(dá)到 AD 轉(zhuǎn)換芯片的最大轉(zhuǎn)換范圍。+ q& B9 F4 L" ?! _8 d

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) n2 O  O3 C) t  @* P往期推薦CAN FD網(wǎng)絡(luò)中每秒最多可以發(fā)送多少幀報(bào)文?
1 O2 U7 F3 [0 Q0 ?! s詳解CAN總線:CAN節(jié)點(diǎn)硬件構(gòu)成方案4 b1 w- U+ r9 N' }( W
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