ad9755是analog device公司生产的一种超高速双端数据复用、单路输出的14位数模转换芯片。采用cmos制造工艺,在单个芯片上集成了高品质14-txdac+(r)核、一个基准电压源、兼容ttl数字接口电路单元以及ppl时钟变频器等。它的转换速度很高,可以达到300 ms/s。
该芯片对外围电路需求少,设计使用灵活方便。ad9755为避免使用复杂、高能耗的ecl电路,而直接利用ttl数字接口来完成300 mhz以下的高性能数摸转换,提供了1条非常便捷的途径。可广泛应用于通信系统信号源、数字信号合成及智能仪器中。其主要特点为:
(1)转换速率300 ms/s;
(2)垂直分辨率14 b;
(3)工作电压3 v;
(4)无杂散动态范围 sfdr为73 dbc(fout=50.2 mhz, fdata=150 mhz条件下);
(5)输入建立时间2.0 ns;
(6)输出建立时间11.0 ns;
1 ad9755的工作原理
ad9755主要由两组14位数据输入接口、2-1复接器、dac锁存器、基准电压、pmos电流源阵列、分段切换器、pll电路以及dac单元等构成,其内部结构如图1所示。采用48针lqfp封装形式,图中2个14位兼容ttl电平数据输入端口,每个端口的最大输入频率是150 mhz,2路数据流在片内锁存后,经2-1复接器合成为1路300 mhz并行数据流,再经dac锁存器锁存后传输到分段切换部件进行处理。
ad9755内置了基准电压源,省去了常规高精度da转换芯片需要外接基准电压器件的麻烦。图1 中的pmos电流源阵列是为保证全量程输出电流ioutfs而特别设计的,ioutfs的大小由内部的基准控制放大器及外电阻rset决定。芯片内采用了分段结构,即将数据位分成最高5位,中间4位和最低5位,对各段的数据采用不同的数摸转换方法,以保证数摸转换的精度。分段切换部件将接收到的pmos电流源阵列输出电流,和经dac锁存器锁存好的14位数据一起进行相关处理后,输送至末级的dac部件便实现了整个数模转换过程。
ad9755有使用锁相环(pll)和不使用锁相环两种工作方式,取决于pllvdd脚接电源或地。当输入时钟的占空比不是50%时,可使用pll工作方式。pll电路内部的vco可形成100~400 mhz的周期信号,用户通过设定div0、div1脚来决定该周期信号的分频等级(如表2所示)。pll在对该分频信号和外部输入时钟进行相位检测后,与锁相环路一起来完成时钟频率的锁定。当不使用锁相环时, div0、div1脚决定了如表2所示的4种工作状态。在隔行、外倍频方式下,外部时钟应是输入数据率的两倍;在单选1(或2)端口方式(即只完成1路da变换时),以及在隔行、内倍频方式时外部时钟应设置成与输入数据率相一致。
ad9755提供了1对互补电流输出iouta,ioutb,它们都是输入数据的函数,可表示为:
如图1所示,iouta,ioutb,可直接由50 ω电阻(最好使用有良好温度特性的精密电阻)接到模拟地。最终的差分输出电压值为:(iouta-ioutb)×50。
2 应用设计
下面给出一个以ad9755作为数模转换器来产生任意波形的实例。首先在pc机上进行波形编辑,具体方式可以是表页输入、数学表达式或通过鼠标绘制图形。由软件选择正弦波、通用函数或伪随机噪声等,并设定信号的幅度、频率、偏置量,再经快速演算得到波形数据。波形数据经pci卡写入到两组大容量sram器件(idt71v3558,最高工作频率200 mhz)后,等待上层系统的da启动命令。
da启动后,由isp芯片(isp2128ve,最高工作频率250 mhz)形成75 mhz的高速地址,驱使双路sram数据连续并行输出。这两路输出的数据分别输送至ad9755的数据端口1和数据端口2。由于系统采用了高性能的150 mhz恒温晶振,因此ad9755的工作方式简单设定为不使用锁相环的隔行、外倍频方式,应用电路图如图2所示。
值得指出的是,ad9755有着比较灵活的时钟接入方式。可以是差分接入,也可以是单端接入,甚至可以直接使用vp-p在1 v以上的正弦波,不同的接入方式应使用与之相适应的滤波网络。而对于输出信号要求极为严格的应用场合,为了在输出信号上有效抑制杂散电平和消除相位噪声,时钟同步的处理宜选用翻转速度比较好的高性能器件;以保证信号的边沿陡峭、前后抖动最小。
图3给出了ad9755的工作时序图。由于输入数据端口锁存及dac锁存都发生在clk的上升沿,为了保证足够的数据建立时间和数据的正确性,两个14位