高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9066及其應用

摘要：AD9066是美國AD公司出品的雙6位AD轉(zhuǎn)換器，它的采樣率高達60MSPS?？捎糜?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/廣播伴音">廣播伴音接收、正交調(diào)幅、無線局域VSAT接收等領域。文中介紹了AD9066模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能、工作原理及應用電路。

1 概述

AD9006是美國AD公司出品的雙通道6位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC，Analog Digital Converter）。同時也是具有優(yōu)良品質(zhì)的低成本相位解調(diào)器，其采樣頻率高達60MPSPS，可用于寬帶相移鍵控解調(diào)廣播伴音系統(tǒng)，同時，利用它還可以將接收到的信號分解為兩個正交矢量并數(shù)字化。

AD9066具有如下特性：

●雙通道ADC；

●內(nèi)帶參考電壓；

●與CMOS兼容；

●低功耗，典型值為400mW；

●采用單5V電壓供電；

●具有自偏置AC耦合輸入。

AD9066采用28腳SOIC封裝（見圖1）形成。它具有兩種工作溫度范圍。其中AD9066JR應用于民用溫度范圍（0℃～70℃）；而AD9066AR則可應用于工業(yè)溫度范圍（-40℃～85℃）。

AD9066的引腳排列如圖1所示，表1為其引腳功能說明。

表1 AD9066的引腳功能

2 工作原理與主要技術性能

AD9066的內(nèi)部原理框圖如圖2所示。它采用部電壓偏置方式。當采用AC耦合驅(qū)動時，其內(nèi)部參考電壓可確保模擬輸入中值電壓偏置的低漂移。當采用DC耦合驅(qū)動時，通過中值電壓參考可以控制外部偏置放大器，以使其由于溫漂和電源電壓變化所引起的漂移達到最小。

2.1 工作原理

AD9066使用內(nèi)插內(nèi)爍技術，它只有32個比較放大器即可實現(xiàn)64個量級，并可使輸入電容值最小。將參考梯電壓中值反饋回模擬輸入可在AC耦合應用中很容易地給ADC進行中值偏置。

使用一個簡單的電阻即可獲得模擬輸入的梯形結(jié)構(gòu)的值參考值。通過高阻抗MOS比較器輸入可消除負載效應引起的誤差。因此不需要采用有源緩沖器提供梯形結(jié)構(gòu)中值考值。

比較器的輸出可在器件內(nèi)部被轉(zhuǎn)換成與CMOS電平兼容的6位二進制字。在信號通道中，數(shù)字信號分6級鎖存（具有2個管線延遲）。另外，AD9066的CMOS數(shù)字輸出的上升和下降時間大約相等。

編碼時鐘使用的CMOS輸入級與TTL邏輯電平兼容，器件內(nèi)部的時鐘緩沖器可以把對外部時鐘的驅(qū)動要求降至最低。

2.2 模擬輸入與電壓參考

在AC耦合輸入時，AD9066的輸入范圍為500nV±5%。全輸入電壓范圍等于2n-2個最低有效位（LSB，Least Significant Bit）代表的電壓值。對于AD9066，在n=6時。其LSB權(quán)重大約為8mV，而允許的變化范圍在中值上下各有32個等級。圖3所示為其傳遞函數(shù)。

在DC耦合輸入時，AD9066的全輸入通常為500mV。A、B兩個端口上的參考電壓可通過反饋來補償信號的失調(diào)，以使ADC的中值轉(zhuǎn)換電壓可以跟蹤電源和溫度的改變。

3 應用設計

3.1 增益調(diào)整

AD9066的輸入范圍由流過兩個梯形電阻的電流決定（每個通常為620Ω）。因此，ADC的增益可以由加在電阻梯頂部和底部的電壓VB和VT決定。增大增益范圍的最簡單方法是降低VB電壓。在使用外部放大器時，VB的電壓可以低至3.0V（通常為3.8V）。根據(jù)前面所述的輸入范圍和內(nèi)部電阻梯的關系可得出，在VB以3.0V供電時，其輸出范圍可增加到705mV。

如果在VB降到3.0的同時，VT采用電源電壓，則輸入范圍會更大。這樣電阻梯上的電壓會高達2V，輸入范圍可達到1.6V。另外，在電阻梯的頂部和底部采用外部電壓參考，可以獲得更大的可調(diào)性，并可改善電源阻抗。

3.2 雙輸入驅(qū)動

AD9066的模擬輸入范圍在3.7V到4.2V之間。由于存在輸入失調(diào)，通?？稍谀M源和AD9066的模擬輸入引腳之間使用隔直電容。在應用時，必須采用DC耦合，圖4是用AD812驅(qū)動AD9066的電路圖。

可以通過中值電壓片外緩沖和由AD712求反的方法提供模擬輸入偏置。AD712是低輸入偏置電流雙運算放大器，求反后的中值送入加法器。由加法器將雙輸入和反向失調(diào)電壓疊回。加法器可采用AD812，它是一種寬帶電流反饋放大器，具有帶寬好、誤差低的優(yōu)點。

設計電路時應遵循高頻/高速設計的原則。求反電容和AD812應盡可能接近，并應選用低分布電容的片狀電阻來設置增益。另外，最好使用一個低阻抗地。

4 應用電路

4.1 相位解調(diào)器

AD9066可以應用于各種信號處理系統(tǒng)中，如作為一種低成本的相位解調(diào)器。其最基本的應用是相移鍵解調(diào)數(shù)字廣播伴音系統(tǒng)，利用AD9066可將接收的信號分解為數(shù)字的同相或正交矢量形式。

當采樣率低于10Mband時，完整接收系統(tǒng)的第二轉(zhuǎn)換級可采用AD607組成的IF/RF接收系統(tǒng)。圖5為AD9066和AD607連接的接收電路。

AD607可以直接接收一級高達500Hz的射頻（RF）或中間頻率（IF）的輸出信號。IF信號混入本機振蕩可產(chǎn)生400kHz～22MHz的IF頻率。這個信號通過外部濾波后，可由片上鎖相環(huán)路PLL同步解調(diào)，然后由片上自動增益控制的放大器放大。最后通過AD9066將數(shù)字信號輸出。該數(shù)字輸出信號可以由DSP芯片再進一步處理，以應用于數(shù)字信號處理和特定用途的集成電路。

4.2 AD轉(zhuǎn)換評估板

AD9066作為AD轉(zhuǎn)換器使用時，采用圖6所示電路可獲得最好的性能。

該設計采用4層印刷電路板PCB，其中包括兩個信號層，一個地層和一個5V電源層。信號層在頂層和底層。數(shù)字地和模擬地相連，電源層應和潛在的噪聲接口隔離。標出的Avcc和DVcc連接應通過香蕉插口和外部電源連接。

+5V電源可連接AINA、AINB以及ENC等。電路板輸出為RECONSTRUCT OUTPUTA、RECONSTRUCT OUTPUTB和數(shù)字輸出J105。電源地接AGND BGND電路板，5V供電時的電流為240mA。因為開關電源的高頻輻射會降低整個電路的性能，所以不推薦使用。

模擬輸入可以連在一起，也可以由獨立的信號源驅(qū)動。由于模擬輸入的中值電壓是3.9V，因而AC耦合的模擬輸入和輸出引腳可通過50Ω的電阻進行連接。如果模擬輸入偏置得很好，則電容C30、C40可以跨接。

TTL和CMOS電源應與ENC連接，可以使用TTL/CMOS時鐘振蕩器。如果這樣，R100應從電路中去掉。使用無抖動編碼源可獲得更好的性能。雖然AD9066不是高分辨率的ADC，但可以轉(zhuǎn)換高頻模擬信號。

AD9066的數(shù)字輸出可使用兩片74AS47緩沖，每個輸出端一片。輸出信號與高速數(shù)字接口相連，可以將其存入存儲器以進行頻譜分析，也可以和目標系統(tǒng)連接。模擬恢復可用于不需要頻譜分析的使用場合或作為參考。其輸出為1V峰峰信號。

4.3 操作

AC耦合的模擬輸入范圍以3.9V為中點，使用C30、C40隔直，外部可用低輸出阻抗的信號發(fā)生器或放大器對AD9066進行驅(qū)動。

AD9066可用J100輸入時鐘進行編碼。并在上升沿由片上雙通道ADC進行采樣，同時轉(zhuǎn)換為6位數(shù)字信號，最后通過輸出引腳OUT輸出。在同一上升沿可由U103、U104進行鎖存，這樣在OUT和外部數(shù)據(jù)接口之間可產(chǎn)生一個管線延時。

數(shù)字信號在鎖存后可輸入D/A轉(zhuǎn)換器ADV72128。ADV72128是10位CMOS轉(zhuǎn)換器，它的低4位應接邏輯低電平，其輸出可通過100Ω的電阻與外部相連。

5 結(jié)論

AD9066是可以轉(zhuǎn)換高頻模擬信號的ADC。它采用內(nèi)部電壓偏置，具有低漂移特性。采用內(nèi)插內(nèi)爍技術，只用32個比較放大器即可實現(xiàn)64個量化電平，并具有成本低、功耗小、與CMOS電平兼容、使用方便等特點。因此，可以廣泛應用于廣播伴音接收、正交調(diào)幅、無線局域網(wǎng)和VSAT接收等方面。