高速模数转换器AD9066及其应用

2006-05-07 15:49:28来源: 国外电子元器件

1 概述

AD9006是美国AD公司出品的双通道6位模数转换器(ADC,Analog Digital Converter)。同时也是具有优良品质的低成本相位解调器,其采样频率高达60MPSPS,可用于宽带相移键控解调广播伴音系统,同时,利用它还可以将接收到的信号分解为两个正交矢量并数字化。

AD9066具有如下特性:

●双通道ADC;

●内带参考电压;

●与CMOS兼容;

●低功耗,典型值为400mW;

●采用单5V电压供电;

●具有自偏置AC耦合输入。

AD9066采用28脚SOIC封装(见图1)形成。它具有两种工作温度范围。其中AD9066JR应用于民用温度范围(0℃~70℃);而AD9066AR则可应用于工业温度范围(-40℃~85℃)。

AD9066的引脚排列如图1所示,表1为其引脚功能说明。

表1 AD9066的引脚功能

引  脚 名  称 功    能
1 ENCODE 与TTL兼容的CMOS时钟,在上升沿采样
2 +Vs 数字输入的+5V电源
3 GND
4 GND
5 +Vs +5V电源(模拟)
6 INA 通道A模拟输入
7 GND
8 +Vs +5V电源(模拟)
9 VT 顶部参考电压
10 REF A ADC A参考电压中值
11 INB 通道B模拟输入
12 REF B ADC B参考电压中值
13 VB 底部参考电压
14 NC 不连
15 D0B(LSB) 通道B与CMOS兼容的数字输出
16 D1B 通道B与CMOS兼容的数字输出
17 D2B 通道B与CMOS兼容的数字输出
18 D3B 通道B与CMOS兼容的数字输出
19 D4B 通道B与CMOS兼容的数字输出
20 D5B(MSB) 通道B与CMOS兼容的数字输出
21 +Vs 数字输出+5V电源
22 GND
23 D0A(LSB) 通道A与CMOS兼容的数字输出
24 D1A 通道A与CMOS兼容的数字输出
25 D2A 通道A与CMOS兼容的数字输出
26 D3A 通道A与CMOS兼容的数字输出
27 D4A 通道A与CMOS兼容的数字输出
28 D5A(MSB) 通道A与CMOS兼容的数字输出

2 工作原理与主要技术性能

AD9066的内部原理框图如图2所示。它采用部电压偏置方式。当采用AC耦合驱动时,其内部参考电压可确保模拟输入中值电压偏置的低漂移。当采用DC耦合驱动时,通过中值电压参考可以控制外部偏置放大器,以使其由于温漂和电源电压变化所引起的漂移达到最小。

2.1 工作原理

AD9066使用内插内烁技术,它只有32个比较放大器即可实现64个量级,并可使输入电容值最小。将参考梯电压中值反馈回模拟输入可在AC耦合应用中很容易地给ADC进行中值偏置。

使用一个简单的电阻即可获得模拟输入的梯形结构的值参考值。通过高阻抗MOS比较器输入可消除负载效应引起的误差。因此不需要采用有源缓冲器提供梯形结构中值考值。

比较器的输出可在器件内部被转换成与CMOS电平兼容的6位二进制字。在信号通道中,数字信号分6级锁存(具有2个管线延迟)。另外,AD9066的CMOS数字输出的上升和下降时间大约相等。

编码时钟使用的CMOS输入级与TTL逻辑电平兼容,器件内部的时钟缓冲器可以把对外部时钟的驱动要求降至最低。

2.2 模拟输入与电压参考

在AC耦合输入时,AD9066的输入范围为500nV±5%。全输入电压范围等于2n-2个最低有效位(LSB,Least Significant Bit)代表的电压值。对于AD9066,在n=6时。其LSB权重大约为8mV,而允许的变化范围在中值上下各有32个等级。图3所示为其传递函数。

在DC耦合输入时,AD9066的全输入通常为500mV。A、B两个端口上的参考电压可通过反馈来补偿信号的失调,以使ADC的中值转换电压可以跟踪电源和温度的改变。

3 应用设计

3.1 增益调整

AD9066的输入范围由流过两个梯形电阻的电流决定(每个通常为620Ω)。因此,ADC的增益可以由加在电阻梯顶部和底部的电压VB和VT决定。增大增益范围的最简单方法是降低VB电压。在使用外部放大器时,VB的电压可以低至3.0V(通常为3.8V)。根据前面所述的输入范围和内部电阻梯的关系可得出,在VB以3.0V供电时,其输出范围可增加到705mV。

如果在VB降到3.0的同时,VT采用电源电压,则输入范围会更大。这样电阻梯上的电压会高达2V,输入范围可达到1.6V。另外,在电阻梯的顶部和底部采用外部电压参考,可以获得更大的可调性,并可改善电源阻抗。

3.2 双输入驱动

AD9066的模拟输入范围在3.7V到4.2V之间。由于存在输入失调,通常可在模拟源和AD9066的模拟输入引脚之间使用隔直电容。在应用时,必须采用DC耦合,图4是用AD812驱动AD9066的电路图。

可以通过中值电压片外缓冲和由AD712求反的方法提供模拟输入偏置。AD712是低输入偏置电流双运算放大器,求反后的中值送入加法器。由加法器将双输入和反向失调电压叠回。加法器可采用AD812,它是一种宽带电流反馈放大器,具有带宽好、误差低的优点。

设计电路时应遵循高频/高速设计的原则。求反电容和AD812应尽可能接近,并应选用低分布电容的片状电阻来设置增益。另外,最好使用一个低阻抗地。

4 应用电路

4.1 相位解调器

AD9066可以应用于各种信号处理系统中,如作为一种低成本的相位解调器。其最基本的应用是相移键解调数字广播伴音系统,利用AD9066可将接收的信号分解为数字的同相或正交矢量形式。

当采样率低于10Mband时,完整接收系统的第二转换级可采用AD607组成的IF/RF接收系统。图5为AD9066和AD607连接的接收电路。

AD607可以直接接收一级高达500Hz的射频(RF)或中间频率(IF)的输出信号。IF信号混入本机振荡可产生400kHz~22MHz的IF频率。这个信号通过外部滤波后,可由片上锁相环路PLL同步解调,然后由片上自动增益控制的放大器放大。最后通过AD9066将数字信号输出。该数字输出信号可以由DSP芯片再进一步处理,以应用于数字信号处理和特定用途的集成电路。

4.2 AD转换评估板

AD9066作为AD转换器使用时,采用图6所示电路可获得最好的性能。

该设计采用4层印刷电路板PCB,其中包括两个信号层,一个地层和一个5V电源层。信号层在顶层和底层。数字地和模拟地相连,电源层应和潜在的噪声接口隔离。标出的Avcc和DVcc连接应通过香蕉插口和外部电源连接。

+5V电源可连接AINA、AINB以及ENC等。电路板输出为RECONSTRUCT OUTPUTA、RECONSTRUCT OUTPUTB和数字输出J105。电源地接AGND BGND电路板,5V供电时的电流为240mA。因为开关电源的高频辐射会降低整个电路的性能,所以不推荐使用。

模拟输入可以连在一起,也可以由独立的信号源驱动。由于模拟输入的中值电压是3.9V,因而AC耦合的模拟输入和输出引脚可通过50Ω的电阻进行连接。如果模拟输入偏置得很好,则电容C30、C40可以跨接。

    TTL和CMOS电源应与ENC连接,可以使用TTL/CMOS时钟振荡器。如果这样,R100应从电路中去掉。使用无抖动编码源可获得更好的性能。虽然AD9066不是高分辨率的ADC,但可以转换高频模拟信号。

AD9066的数字输出可使用两片74AS47缓冲,每个输出端一片。输出信号与高速数字接口相连,可以将其存入存储器以进行频谱分析,也可以和目标系统连接。模拟恢复可用于不需要频谱分析的使用场合或作为参考。其输出为1V峰峰信号。

4.3 操作

AC耦合的模拟输入范围以3.9V为中点,使用C30、C40隔直,外部可用低输出阻抗的信号发生器或放大器对AD9066进行驱动。

    AD9066可用J100输入时钟进行编码。并在上升沿由片上双通道ADC进行采样,同时转换为6位数字信号,最后通过输出引脚OUT输出。在同一上升沿可由U103、U104进行锁存,这样在OUT和外部数据接口之间可产生一个管线延时。

数字信号在锁存后可输入D/A转换器ADV72128。ADV72128是10位CMOS转换器,它的低4位应接逻辑低电平,其输出可通过100Ω的电阻与外部相连。

5 结论

AD9066是可以转换高频模拟信号的ADC。它采用内部电压偏置,具有低漂移特性。采用内插内烁技术,只用32个比较放大器即可实现64个量化电平,并具有成本低、功耗小、与CMOS电平兼容、使用方便等特点。因此,可以广泛应用于广播伴音接收、正交调幅、无线局域网和VSAT接收等方面。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/fpgaandcpld/200605/1194.html
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