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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 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

* R  v1 q3 v3 Q' \7 j( L; S* I點擊上方藍(lán)色字體,關(guān)注我們
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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(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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; J* Y9 J$ [* o1 IAD9280 輸出的數(shù)據(jù)以二進制格式表示,當(dāng)輸入的模擬電壓超出量程時,會拉高 OTR(out-of-range)信號;當(dāng)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)。
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$ h, ]3 }* [8 v' `4 FAD9280 的時序圖如下圖所示:
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模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并不是當(dāng)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。
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" B$ [& ~5 S1 t) LAD9280 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(dāng) 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(dāng) AD9280 的模擬輸入接口連接+5V 電壓時,AD 輸出的數(shù)據(jù)為 255。, ^+ D. I  ?3 @2 M

" K: k; o; T: F3 z: B- b$ n! H當(dāng) 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:
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5 Q) H5 F$ j* J( ]$ n& M: c9 O  m6 ^
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。1 q( Q& o3 |+ s: W
! p4 k, P0 J) z# I2 k. Z
高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計思路如下所示:
- Q3 {- C0 f( Q2 m2 o: K
  F* L- R: N  u  p/ u
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3 F' X/ _; w6 _8 G( Q高速ADC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計如下所示:
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0 y. y) J5 q6 f: h8 M . W! ^& A# `) h' E
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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(dāng) VI=5V 時,VO=2V;VI=-5V 時,VO=0V。# ~4 O7 Z$ \  E# X; h% h( b9 f$ x' v
2) x1 k# J6 l. b8 A7 l
高速DAC轉(zhuǎn)換電路- U0 Q) j- r1 Z  [) [
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。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)。
" B/ G' p4 @. F' k/ p2 q
1 y4 e, U  d, o7 Z8 z+ q: RAD9708 的內(nèi)部功能框圖如下圖所示:
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3 S9 V/ v7 q8 Y$ }/ F' q 4 F) u3 ~% b5 N3 I
3 V. l6 }; S( v. B4 h
AD9708 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(dāng)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(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)全為高點平(DB7~DB0=8’hff)時,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:
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8 w- M; R( ^+ k5 X
3 U& N5 [" k  d2 d# ~3 W  V' r6 c; ]) q% b# W- v
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。* |! l3 P1 x! `7 ]
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IOUTA 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(dāng)輸入數(shù)據(jù)等于 0 時,AD9708 輸出的電壓值為 5V;當(dāng)輸入數(shù)據(jù)等于 255時,AD9708 輸出的電壓值為-5V。
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  y" f% ]. d9 X" q" N: Q, W3 LAD9708 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。
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7 h. m6 ^5 g: x2 F* G
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/ O3 D' x6 U+ q( r* s' o9 K5 i3 F  \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(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,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,AD9708 輸出+5V 的電壓;當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為 255 時,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,包括正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。3 ^& g( N& l' S! J3 u
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高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計思路如下所示:7 E  O$ @! M. Z4 F: v, J

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& D( b( v7 e2 S5 ^高速DAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計如下所示:
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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(dá)到 AD 轉(zhuǎn)換芯片的最大轉(zhuǎn)換范圍。" ]3 ^5 F1 |( B/ L# E$ W7 }
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