高速ADC轉換電路設計思路解析

第第頁高速ADC轉換電路設計思路解析（ADC）/（DAC）（（Analog）toDigitalConver（te）r/DigitaltoAnalogConverter，即（模數(shù)轉換器）/（數(shù)模轉換器））是大多數(shù)系統(tǒng)中必不可少的組成部件，用于將連續(xù)的（模擬）（信號）轉換成離散的（數(shù)字信號），或者將離散的數(shù)字信號轉換成連續(xù)的模擬信號，它們是連接（模電）電路和（數(shù)字電路）必不可少的橋梁。在很多場合下，（AD）C/DAC的轉換速度甚至直接決定了整個系統(tǒng)的運行速度。

本篇博文為各位分享一種高速ADC和DAC轉換電路。高速ADC選用（芯片）為：AD9280/3PA9280（兩款芯片兼容），高速DAC選用芯片為：AD9708/3PD9708E（兩款芯片兼容）。

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高速ADC轉換電路

AD9280是（ADI）公司生產的一款單芯片、8位、32MSPS（MillionSamplesPerSecond，每秒采樣百萬次）模數(shù)轉換器，具有高性能、低功耗的特點。

AD9280的內部功能框圖如下圖所示：

AD9280在（時鐘）（CLK）的驅動下工作，用于控制所有內部轉換的周期；AD9280內置片內采樣保持（放大器）（SHA），同時采用多級差分流水線架構，保證了32MSPS的數(shù)據轉換速率下全溫度范圍內無失碼；AD9280內部集成了可（編程）的基準源，根據系統(tǒng)需要也可以選擇外部（高精度）基準滿足系統(tǒng)的要求。

AD9280輸出的數(shù)據以二進制格式表示，當輸入的模擬電壓超出量程時，會拉高OTR（out-of-range）信號；當輸入的模擬電壓在量程范圍內時，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。

AD9280的時序圖如下圖所示：

模擬信號轉換成數(shù)字信號并不是當前周期就能轉換完成，從采集模擬信號開始到輸出數(shù)據需要經過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，經過3個時鐘周期后（實際上再加上25ns的時間延時），輸出轉換后的數(shù)據DATA1。需要注意的是，AD9280芯片的最大轉換速度是32MSPS，即輸入的時鐘最大頻率為32MHz。

AD9280支持輸入的模擬電壓范圍是0V至2V，0V對應輸出的數(shù)字信號為0，2V對應輸出的數(shù)字信號為255。而AD9708經外部電路后，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之間的電壓轉換成0V至2V之間。那么實際上對我們用戶使用來說，當AD9280的模擬輸入（接口）連接-5V電壓時，AD輸出的數(shù)據為0；當AD9280的模擬輸入接口連接+5V電壓時，AD輸出的數(shù)據為255。

當AD9280模擬輸入端接-5V至+5V之間變化的正弦波電壓信號時，其轉換后的數(shù)據也是成正弦波波形變化，轉換波形如下圖所示：

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)據也是按照正弦波波形變化。

高速ADC轉換（電路設計）思路如下所示：

高速ADC轉換電路設計如下所示：

圖中輸入的模擬信號SMA_IN（VI）經過衰減電路后得到AD_IN2（VO）信號，兩個模擬電壓信號之間的關系是VO=VI/5+1，即當VI=5V時，VO=2V；VI=-5V時，VO=0V。

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高速DAC轉換電路

AD9708是ADI公司（AnalogDevices，Inc.，亞德諾（半導體）技術有限公司）生產的TxDAC系列數(shù)模轉換器，具有高性能、低功耗的特點。AD9708的數(shù)模轉換位數(shù)為8位，最大轉換速度為125MSPS（每秒采樣百萬次MillionSamplesperSecond）。

AD9708的內部功能框圖如下圖所示：

AD9708在時鐘（CLOCK）的驅動下工作，內部集成了+1.2V參考電壓(+1.20VREF)、（運算放大器）、（電流源）（CURRENTSOURCEARRAY）和鎖存器（LATCHES）。兩個（電流）輸出端IOUTA和IOUTB為一對差分電流，當輸入數(shù)據為0（DB7~DB0）時，IOUTA的輸出電流為0，而IOUTB的輸出電流達到最大，最大值的大小跟參考電壓有關；當輸入數(shù)據全為高點平（DB7~DB0=8’hff）時，IOUTA的輸出電流達到最大，最大值的大小跟參考電壓有關，而IOUTB的輸出電流為0。AD9708必須在時鐘的驅動下才能把數(shù)據寫入片內的鎖存器中，其觸發(fā)方式為上升沿觸發(fā)，AD9708的時序圖如下圖所示：

上圖中的DBO-DB7和CLOCK是AD9708的8位輸入數(shù)據和為輸入時鐘，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。需要注意的是，CLOCK的時鐘頻率越快，AD9708的數(shù)模轉換速度越快，AD9708的時鐘頻率最快為125Mhz。

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。當輸入數(shù)據等于0時，AD9708輸出的電壓值為5V；當輸入數(shù)據等于255時，AD9708輸出的電壓值為-5V。

AD9708是一款數(shù)字信號轉模擬信號的器件，內部沒有集成DDS（DirectDigitalSynthesizer，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，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)據按照正弦波的波形變化即可，下圖為AD9708的輸入數(shù)據和輸出電壓值按照正弦波變化的波形圖。

由上圖可知，數(shù)據在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，當輸入數(shù)據重復按照正弦波的波形數(shù)據變化時，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，當輸入數(shù)據為0時，AD9708輸出+5V的電壓；當輸入數(shù)據為255時，AD9708輸出-5V的電壓。

由此可以看出，只要輸入的數(shù)據控制的得當，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。

高速DAC轉換電路設計思路如下所示：

高速DAC轉換電路設計如下所示：

圖中輸出的一對差分電流信號先經過濾波器，再經過運放電路得到一個單端的模擬電壓