電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺(tái)

PCB聯(lián)盟網(wǎng)

搜索
查看: 48|回復(fù): 0
收起左側(cè)

一種高速ADC和DAC轉(zhuǎn)換電路分享

[復(fù)制鏈接]

394

主題

394

帖子

2197

積分

三級(jí)會(huì)員

Rank: 3Rank: 3

積分
2197
跳轉(zhuǎn)到指定樓層
樓主
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
# `5 ~3 I: m8 e* l9 W
點(diǎn)擊上方藍(lán)色字體,關(guān)注我們
' @& x9 g$ P. r' W* K' v
2 o& L2 ^2 E( B% PAD9280 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(mǎn)足系統(tǒng)的要求。" H. W- q+ [6 N9 V

5 J/ v" [# l3 Z0 X. }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(guò) 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)。
6 x+ c6 u/ m3 k( Q& i: t) K
7 i# V' }6 \9 sAD9280 的時(shí)序圖如下圖所示:
+ _  z1 j" K) ?- r' F! _  [  _2 S0 y( v9 M* p) a! L6 r# L  Z) z# B

+ Y/ `& p+ J$ w/ H8 R- V4 u
1 u5 g3 b- C3 H8 M, }( F4 o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(kāi)始到輸出數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò) 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(guò) 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。
, h# |0 e  P/ n7 \! k6 A, V1 Z" j" X" J# j3 y
AD9280 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(hù)使用來(lái)說(shuō),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。
. c% o4 v1 l& d* B7 U* g9 T5 ?, z' ]9 D
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:
# ?! e/ R0 Q. ]+ F8 }( T6 [8 t1 n' O/ G& V- S9 ]" F+ W1 X

5 m1 ?, p; N1 `5 V% l$ E. z. ~
$ Y  v( S2 i# N! |4 k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。
7 V" D' N5 f4 _* e3 u
; |% G* @+ L$ z" e6 X; u: \高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)思路如下所示:
" Y- K- P9 i  C8 M9 W6 t
) o9 G; a2 \4 V' W" I& l" o: L& L0 l
! h! S7 Z- c% I8 R
7 U' q0 @  v' O: z  ?7 M1 W* y7 G2 j高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如下所示:
. v% m4 G# W' {9 H9 j2 f( N
; v) H6 t  D! k3 Q   D- H4 ?7 {! Y# ^
9 h8 \' j4 v; \+ {
圖中輸入的模擬信號(hào) SMA_IN(VI)經(jīng)過(guò)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。& e/ e+ j- Z$ @7 L3 Y" N3 b7 ]
2
9 F3 _3 m1 c" M$ x高速DAC轉(zhuǎn)換電路
) H, |7 L$ f% {  m) y, _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)。
8 P8 l$ G! w+ p% o- B# Q2 }; ^0 b8 ?/ \
AD9708 的內(nèi)部功能框圖如下圖所示:( N! n* _) `$ K. u
" L1 S+ v- v1 E7 V
2 L$ o1 h2 j$ h6 S* [, \( E
( }0 U7 x4 K3 [  U# v+ O
AD9708 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(xiě)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:6 F& L! y/ G" B4 \
% C4 }- ?9 d6 x
' J- G9 b* w# }5 Y# v0 s! P8 I

# }1 ]7 M1 M+ p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。
0 j& R0 ~6 u/ W' \9 p; B0 @/ K' U; k# b/ V0 E
IOUTA 和 IOUTB 為 AD9708 輸出的一對(duì)差分電流信號(hào),通過(guò)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。* e3 U) h3 ^5 O% [
' e% b6 ~; G( a0 l: ]/ x3 m
AD9708 是一款數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)的器件,內(nèi)部沒(méi)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(guò)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。
% l  ~  q- D7 v2 A
1 w1 h# B, }) O; N" J/ {) ^ / S; Z6 S; f" E5 D. K6 Y
9 Z4 I9 i9 i1 T6 Z8 o! U
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。
( {) K4 [2 I/ m% G% R; @0 F" h6 o* J8 k, p
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。
3 O: U1 [. T5 s% Z; c& Z6 T% [0 q# I( y! ~3 p
高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)思路如下所示:
  M: `6 c. d- y: x9 g
3 p" ]3 e0 l" o8 K5 [' u2 f0 j ' U5 F( |/ Y6 D, v/ Q/ \# |; b: G
% d" e+ n! o# G& Q, }
高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如下所示:
& k5 T8 J7 b$ \6 o$ h/ Z8 ^7 j( m( _9 `5 q
/ \9 A0 T) Z  E) C

/ J& G; K' Z% J1 Y: C( f圖中輸出的一對(duì)差分電流信號(hào)先經(jīng)過(guò)濾波器,再經(jīng)過(guò)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(guò)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。
( S; R8 e+ ?. W; i8 i  J4 p! t
6 }4 l: t8 D( e0 g+ ?: b7 Z: A
9 k. D4 E6 U' i; ^; Y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?8 E; ]+ r) |1 Q: _; i
詳解CAN總線:CAN節(jié)點(diǎn)硬件構(gòu)成方案/ z! q0 e6 \' B7 y5 Q
LabVIEW PID算法模擬油艙液位控制  R; |9 b2 d) `
彩色圖像色彩空間原理(理論篇—6), ]" z1 c+ B- q3 j* x  o9 z
鴻蒙OS制作小游戲:數(shù)字華容道(自定義組件踩坑記錄)8 t/ r" G3 j' Y3 y( j/ H
$ H5 a: s# }' a- X7 \
) K' G4 f( H5 q3 s, ^$ w9 m
, h- D, n6 y1 R8 p9 O
點(diǎn)擊閱讀原文,更精彩~

發(fā)表回復(fù)

本版積分規(guī)則


聯(lián)系客服 關(guān)注微信 下載APP 返回頂部 返回列表