新型D/A變換器AD9755及其應(yīng)用

　　 AD9755是Analog Device公司生產(chǎn)的一種超高速雙端數(shù)據(jù)復(fù)用、單路輸出的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。采用CMOS制造工藝，在單個芯片上集成了高品質(zhì)14-TxDAC+(r)核、一個基準(zhǔn)電壓源、兼容TTL數(shù)字接口電路單元以及PPL時鐘變頻器等。它的轉(zhuǎn)換速度很高，可以達(dá)到300 Ms/s。

　　該芯片對外圍電路需求少，設(shè)計使用靈活方便。AD9755為避免使用復(fù)雜、高能耗的ECL電路，而直接利用TTL數(shù)字接口來完成300 MHz以下的高性能數(shù)摸轉(zhuǎn)換，提供了1條非常便捷的途徑。可廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)信號源、數(shù)字信號合成及智能儀器中。其主要特點為：

　　(1)轉(zhuǎn)換速率300 Ms/s；

　　(2)垂直分辨率14 B；

　　(3)工作電壓3 V；

　　(4)無雜散動態(tài)范圍 SFDR為73 dBc(Fout=50.2 MHz, fDATA=150 MHz條件下)；

　　(5)輸入建立時間2.0 ns；

　　(6)輸出建立時間11.0 ns；

　　1 AD9755的工作原理

　　AD9755主要由兩組14位數(shù)據(jù)輸入接口、2-1復(fù)接器、DAC鎖存器、基準(zhǔn)電壓、PMOS電流源陣列、分段切換器、PLL電路以及DAC單元等構(gòu)成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用48針LQFP封裝形式，圖中2個14位兼容TTL電平數(shù)據(jù)輸入端口，每個端口的最大輸入頻率是150 MHz，2路數(shù)據(jù)流在片內(nèi)鎖存后，經(jīng)2-1復(fù)接器合成為1路300 MHz并行數(shù)據(jù)流，再經(jīng)DAC鎖存器鎖存后傳輸?shù)椒侄吻袚Q部件進行處理。

　　AD9755內(nèi)置了基準(zhǔn)電壓源，省去了常規(guī)高精度DA轉(zhuǎn)換芯片需要外接基準(zhǔn)電壓器件的麻煩。圖1 中的PMOS電流源陣列是為保證全量程輸出電流IＯＵＴＦＳ而特別設(shè)計的，IＯＵＴＦＳ的大小由內(nèi)部的基準(zhǔn)控制放大器及外電阻RＳＥＴ決定。芯片內(nèi)采用了分段結(jié)構(gòu)，即將數(shù)據(jù)位分成最高5位，中間4位和最低5位，對各段的數(shù)據(jù)采用不同的數(shù)摸轉(zhuǎn)換方法，以保證數(shù)摸轉(zhuǎn)換的精度。分段切換部件將接收到的PMOS電流源陣列輸出電流，和經(jīng)DAC鎖存器鎖存好的14位數(shù)據(jù)一起進行相關(guān)處理后，輸送至末級的DAC部件便實現(xiàn)了整個數(shù)模轉(zhuǎn)換過程。

　　AD9755有使用鎖相環(huán)（PLL）和不使用鎖相環(huán)兩種工作方式，取決于PLLVDD腳接電源或地。當(dāng)輸入時鐘的占空比不是50%時，可使用PLL工作方式。PLL電路內(nèi)部的VCO可形成100~400 MHz的周期信號，用戶通過設(shè)定DIV0、DIV1腳來決定該周期信號的分頻等級（如表2所示）。PLL在對該分頻信號和外部輸入時鐘進行相位檢測后，與鎖相環(huán)路一起來完成時鐘頻率的鎖定。當(dāng)不使用鎖相環(huán)時， DIV0、DIV1腳決定了如表2所示的4種工作狀態(tài)。在隔行、外倍頻方式下，外部時鐘應(yīng)是輸入數(shù)據(jù)率的兩倍；在單選1（或2）端口方式（即只完成1路DA變換時），以及在隔行、內(nèi)倍頻方式時外部時鐘應(yīng)設(shè)置成與輸入數(shù)據(jù)率相一致。

　　AD9755提供了1對互補電流輸出IＯＵＴＡ,IＯＵＴＢ,它們都是輸入數(shù)據(jù)的函數(shù)，可表示為：

　　如圖1所示，IＯＵＴＡ,IＯＵＴＢ,可直接由50 Ω電阻(最好使用有良好溫度特性的精密電阻)接到模擬地。最終的差分輸出電壓值為：（IＯＵＴＡ-IＯＵＴＢ）×50。

　　2　應(yīng)用設(shè)計

　　下面給出一個以AD9755作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生任意波形的實例。首先在PC機上進行波形編輯，具體方式可以是表頁輸入、數(shù)學(xué)表達(dá)式或通過鼠標(biāo)繪制圖形。由軟件選擇正弦波、通用函數(shù)或偽隨機噪聲等，并設(shè)定信號的幅度、頻率、偏置量，再經(jīng)快速演算得到波形數(shù)據(jù)。波形數(shù)據(jù)經(jīng)PCI卡寫入到兩組大容量SRAM器件（IDT71V3558，最高工作頻率200 MHz）后，等待上層系統(tǒng)的DA啟動命令。

　　DA啟動后，由ISP芯片（isp2128VE,最高工作頻率250 MHz）形成75 MHz的高速地址，驅(qū)使雙路SRAM數(shù)據(jù)連續(xù)并行輸出。這兩路輸出的數(shù)據(jù)分別輸送至AD9755的數(shù)據(jù)端口1和數(shù)據(jù)端口2。由于系統(tǒng)采用了高性能的150 MHz恒溫晶振，因此AD9755的工作方式簡單設(shè)定為不使用鎖相環(huán)的隔行、外倍頻方式，應(yīng)用電路圖如圖2所示。

　　

　　值得指出的是，AD9755有著比較靈活的時鐘接入方式?？梢允遣罘纸尤?，也可以是單端接入，甚至可以直接使用VＰ－Ｐ在1 V以上的正弦波，不同的接入方式應(yīng)使用與之相適應(yīng)的濾波網(wǎng)絡(luò)。而對于輸出信號要求極為嚴(yán)格的應(yīng)用場合，為了在輸出信號上有效抑制雜散電平和消除相位噪聲，時鐘同步的處理宜選用翻轉(zhuǎn)速度比較好的高性能器件；以保證信號的邊沿陡峭、前后抖動最小。

　　圖3給出了AD9755的工作時序圖。由于輸入數(shù)據(jù)端口鎖存及DAC鎖存都發(fā)生在CLK的上升沿，為了保證足夠的數(shù)據(jù)建立時間和數(shù)據(jù)的正確性，兩個14位數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)的變化最好在CLK的下降沿完成。DAC的變化時間出現(xiàn)在第3個時鐘周期上，并有1個tＰＤ小于1ns的傳播延遲。不難看出，AD9755的工作時鐘正好是數(shù)據(jù)變化率的2倍，依次完成了2個數(shù)據(jù)通道的交替數(shù)模轉(zhuǎn)換。SRAM組Ⅰ存放的是任意波形的奇數(shù)點數(shù)據(jù)，而SRAM組Ⅱ存放的是波形的偶數(shù)點數(shù)據(jù)，IＯＵＴＡ或IＯＵＴＢ上反映的是與原數(shù)據(jù)順序一致的DAC。

　　由于任意波形的頻率成分異常豐富，共模噪聲及高次諧波的出現(xiàn)不可避免地會降低輸出信號質(zhì)量。為了改善DA變換的線性度，最大程度地抑制失真與噪聲，并提高信號源的負(fù)載能力，圖2中的輸出方法與圖1中直接連50Ω到模擬地的方法不同，即引入了寬帶運放MAX4100(帶寬為500MHz)。

　　最后需要強調(diào)的是，高速TTL數(shù)字電路、高速模擬電路，也應(yīng)和ECL電路要求一樣，通過阻抗匹配來克服信號的過沖震蕩。按照傳輸線理論來設(shè)計好帶線和微帶線，PCB連線的阻抗值與電路板銅箔厚度、板層之間填充介質(zhì)材料及其高度相關(guān)，計算辦法參見文獻2。選用了多層制板，確定電路板層數(shù)的根據(jù)是：NL=5log［AｎｆＣＬＫ］。其中，Aｎ為數(shù)據(jù)總線寬度，ｆＣＬＫ為最高工作頻率。

參考文獻

1 AD9755 14-Bit 300MSPS High Speed TxDAC+(r) D/A Converter DatasheetAnalog Devices Inc

2 Martin O′Hara．EMC at Component and PCB. Level．Newnes， 1997.2