一種高速ADC和DAC轉(zhuǎn)換電路分享

硬件筆記本

點擊上方藍色字體，關(guān)注我們

AD9280 在時鐘（CLK）的驅(qū)動下工作，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），同時采用多級差分流水線架構(gòu)，保證了 32MSPS 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率下全溫度范圍內(nèi)無失碼；AD9280 內(nèi)部集成了可編程的基準源，根據(jù)系統(tǒng)需要也可以選擇外部高精度基準滿足系統(tǒng)的要求。

AD9280 輸出的數(shù)據(jù)以二進制格式表示，當輸入的模擬電壓超出量程時，會拉高 OTR（out-of-range）信號；當輸入的模擬電壓在量程范圍內(nèi)時，OTR 信號為低電平，因此可以通過 OTR 信號來判斷輸入的模擬電壓是否在測量范圍內(nèi)。

AD9280 的時序圖如下圖所示：

" g/ @: a$ e* _+ d
! O, Y/ |: q8 N% W% B
模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并不是當前周期就能轉(zhuǎn)換完成，從采集模擬信號開始到輸出數(shù)據(jù)需要經(jīng)過 3 個時鐘周期。比如上圖中在時鐘 CLK 的上升沿沿采集的模擬電壓信號 S1，經(jīng)過 3 個時鐘周期后（實際上再加上 25ns 的時間延時），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，即輸入的時鐘最大頻率為 32MHz。
' A7 j0 Q5 g5 @- n7 g
3 _6 n+ b% r% f) W5 t9 X. ^AD9280 支持輸入的模擬電壓范圍是 0V 至 2V，0V 對應(yīng)輸出的數(shù)字信號為 0，2V 對應(yīng)輸出的數(shù)字信號為 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。那么實際上對我們用戶使用來說，當 AD9280 的模擬輸入接口連接-5V 電壓時，AD 輸出的數(shù)據(jù)為 0；當 AD9280 的模擬輸入接口連接+5V 電壓時，AD 輸出的數(shù)據(jù)為 255。

2 y: ~( y2 U; O( K7 ]8 w當 AD9280 模擬輸入端接-5V 至+5V 之間變化的正弦波電壓信號時，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：
! t- A4 O' t) Q

$ W/ p$ H7 \0 B
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。
" m3 ^/ q4 T. M: |$ E. J" Z
5 }, `- r% r) m* Y高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計思路如下所示：


- ^( i! Y" i% j, m1 `
0 ?, O0 g4 ?' j6 g7 g+ z7 m高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計如下所示：



圖中輸入的模擬信號 SMA_IN（VI）經(jīng)過衰減電路后得到 AD_IN2（VO）信號，兩個模擬電壓信號之間的關(guān)系是 VO=VI/5+1，即當 VI=5V 時，VO=2V；VI=-5V 時，VO=0V。
% r& B6 n6 A; }0 {1 X. E2
7 p% T6 }$ N6 ]( P! C高速DAC轉(zhuǎn)換電路
" w- K+ g8 B3 t& QAD9708 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。AD9708 的數(shù)模轉(zhuǎn)換位數(shù)為 8 位，最大轉(zhuǎn)換速度為 125MSPS（每秒采樣百萬次 Million Samples per Second）。
7 Z; @1 e9 s( k! o( Y$ _; N1 \
/ [. E4 l) T' g) a; fAD9708 的內(nèi)部功能框圖如下圖所示：

4 T- v& h0 e5 o( A- M" W2 L

+ {$ w; C. ?/ m+ ?  N: NAD9708 在時鐘（CLOCK）的驅(qū)動下工作，內(nèi)部集成了+1.2V 參考電壓(+1.20V REF)、運算放大器、電流源（CURRENT SOURCE ARRAY）和鎖存器（LATCHES）。兩個電流輸出端 IOUTA 和 IOUTB 為一對差分電流，當輸入數(shù)據(jù)為 0（DB7~DB0）時，IOUTA 的輸出電流為 0，而 IOUTB 的輸出電流達到最大，最大值的大小跟參考電壓有關(guān)；當輸入數(shù)據(jù)全為高點平（DB7~DB0=8’hff）時，IOUTA 的輸出電流達到最大，最大值的大小跟參考電壓有關(guān)，而 IOUTB 的輸出電流為 0。AD9708 必須在時鐘的驅(qū)動下才能把數(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 的時序圖如下圖所示：

9 S& ?4 G, x% l; U" E+ Q

上圖中的 DBO-DB7 和 CLOCK 是 AD9708 的 8 位輸入數(shù)據(jù)和為輸入時鐘，IOUTA 和 IOUTB 為AD9708 輸出的電流信號。由上圖可知，數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿鎖存，因此我們可以在時鐘的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)。需要注意的是，CLOCK 的時鐘頻率越快，AD9708 的數(shù)模轉(zhuǎn)換速度越快，AD9708 的時鐘頻率最快為125Mhz。

. t% I# P8 P7 C: H! @- |; bIOUTA 和 IOUTB 為 AD9708 輸出的一對差分電流信號，通過外部電路低通濾波器與運放電路輸出模擬電壓信號，電壓范圍是-5V 至+5V 之間。當輸入數(shù)據(jù)等于 0 時，AD9708 輸出的電壓值為 5V；當輸入數(shù)據(jù)等于 255時，AD9708 輸出的電壓值為-5V。
2 ?7 I* \2 O  b- l" K, }8 w: N
AD9708 是一款數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號的器件，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 輸出一個正弦波模擬電壓信號，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。
5 I) ?9 z" z) T


( p6 [. ~. X: K# ?  p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按照正弦波波形變化，當輸入數(shù)據(jù)重復(fù)按照正弦波的波形數(shù)據(jù)變化時，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，當輸入數(shù)據(jù)為 0 時，AD9708 輸出+5V 的電壓；當輸入數(shù)據(jù)為 255 時，AD9708 輸出-5V 的電壓。
# ]& P: z  |! e' k
由此可以看出，只要輸入的數(shù)據(jù)控制的得當，AD9708 可以輸出任意波形的模擬電壓信號，包括正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。
6 j( ^0 d; \/ I  x: T( J
高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計思路如下所示：

+ M$ a1 D# c6 d

/ E2 h3 m/ s( V! ^( U9 V$ a高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計如下所示：


' Y7 ^+ {8 F5 _# O' H
圖中輸出的一對差分電流信號先經(jīng)過濾波器，再經(jīng)過運放電路得到一個單端的模擬電壓信號。圖中右側(cè)的 W1 為滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)輸出的電壓范圍，推薦通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，使輸出的電壓范圍在-5V 至+5V 之間，從而達到 AD 轉(zhuǎn)換芯片的最大轉(zhuǎn)換范圍。
( Q% G% l, L5 O  a) t" d, b

& w1 j! d3 S; O7 t, J往期推薦CAN FD網(wǎng)絡(luò)中每秒最多可以發(fā)送多少幀報文？
1 x# A; B$ l  n4 K% \3 q! e8 |詳解CAN總線：CAN節(jié)點硬件構(gòu)成方案
LabVIEW PID算法模擬油艙液位控制
彩色圖像色彩空間原理（理論篇—6）
$ @5 r  \$ f4 o6 H鴻蒙OS制作小游戲：數(shù)字華容道（自定義組件踩坑記錄）
; O2 c* `; z7 T

1 ^# T8 b4 L# x
9 I2 X- a4 y- j; j; f( n2 S0 Y點擊閱讀原文，更精彩~