14位125Msps模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS5500及其應(yīng)用

　１、概述：近年來(lái),隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展和新理論、新算法的不斷涌現(xiàn),加之?dāng)?shù)字信號(hào)處理器件性能的全面提高,使實(shí)際系統(tǒng)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求越來(lái)越高。因此,在實(shí)際的應(yīng)用中,一般都要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器必須同時(shí)具備很高的采樣率和精度、很大的動(dòng)態(tài)范圍、極寬的頻率響應(yīng)范圍和靈活的數(shù)字接口。

　　２、ADS5500是德克薩斯儀器公司（Texas Instruments）開(kāi)發(fā)的一款14位分辨率、125MSPS采樣速率的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器,芯片為64引腳TQFP PowerPAD封裝。為實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)集成度,其內(nèi)部還包括有寬帶寬的線性采樣/保持和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的完整轉(zhuǎn)換解決方案。100MHz時(shí) ADS5500的信噪比(SNR)為70dB,無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為82dB,差分輸入電壓為2.2Vpp,工作電壓為3.3V(單極性),且功耗僅為750mW。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),并行CMOS兼容數(shù)據(jù)輸出接口確保了與普通邏輯電路的無(wú)縫連接,方便了與數(shù)字信號(hào)處理器（DSPs）的連接。芯片工作溫度為－40oC到+85oC。

　　根據(jù)其采樣率高、高分辨率、接口簡(jiǎn)單的特點(diǎn),ADS5500可廣泛用在需要高速數(shù)據(jù)采樣和高精度測(cè)量的場(chǎng)合,例如無(wú)線通信、通信接收器、基站基礎(chǔ)設(shè)備、測(cè)試測(cè)量?jī)x表、單和多通道數(shù)字接收器、通信儀表、雷達(dá)和紅外技術(shù)、視頻圖像處理以及醫(yī)療設(shè)備等方面。

　　3 設(shè)計(jì)考慮

　　ADS5500是一款低功耗、采樣率為125MSPS的14位流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器,僅需一個(gè)3.3V的單極性電源就可正常工作。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程啟動(dòng)于時(shí)鐘信號(hào)波形的上升沿,一旦模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換器的采樣/保持部分捕獲后,輸入信號(hào)的采樣過(guò)程被依序分割為一系列的流水線操作,使時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿都能進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作。從輸入模擬信號(hào)到輸出14位的數(shù)據(jù)需要16個(gè)時(shí)鐘周期的延遲。圖2給出了ADS5500輸入、輸出信號(hào)和時(shí)鐘波形的對(duì)應(yīng)時(shí)序。

　　3.1 輸入配置

　　ADS5500的模擬輸入部分主要由一個(gè)差分跟蹤/保持放大器和開(kāi)關(guān)電容組成,如圖4所示。

　　差分輸入技術(shù)確保了高采樣率條件下的高性能,同時(shí)也帶來(lái)了非常高的可用輸入帶寬,這一點(diǎn)對(duì)于某些中頻采樣或欠采樣應(yīng)用尤為重要。對(duì)于低頻輸入信號(hào)的輸入配置可以采用差分輸入/輸出放大器(如OPA695),用來(lái)簡(jiǎn)化前端驅(qū)動(dòng)電路。這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于其具有較大的靈活性,放大器可用來(lái)完成模擬輸入信號(hào)的極性轉(zhuǎn)換（單極性～差分）、信號(hào)放大及ADC的前端預(yù)濾波等工作。

　　3.2 基準(zhǔn)源電路

　　ADS5500的內(nèi)基準(zhǔn)電壓源簡(jiǎn)化了電路板的電路布局,對(duì)此,板上可不用其它附加電路。但從優(yōu)化性能的角度考慮,可在REFP和REFM引腳上各連接1個(gè)1μF的電容器并接地。此外,為更好設(shè)置芯片的工作電流,還應(yīng)在IREF引腳上連接1個(gè)47Ω的電阻,并與AGND引腳相連,見(jiàn)圖5所示。

　　3.3 時(shí)鐘輸入信號(hào)

　　芯片的時(shí)鐘輸入信號(hào)可以是單極性或差分信號(hào),普通模式下,時(shí)鐘輸入信號(hào)的電壓幅值設(shè)置為1.5V,CLKP引腳、CLKM引腳各通過(guò)5kΩ電阻與CM引腳相連,如圖7所示。

　　從實(shí)用角度考慮,選用低抖時(shí)鐘源并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的帶通濾波可大大提高高頻采樣系統(tǒng)性能。芯片內(nèi)部的ADC內(nèi)核在時(shí)鐘信號(hào)波形的上升沿和下降沿都能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,進(jìn)一步提高了芯片的工作效率。當(dāng)無(wú)時(shí)鐘源或時(shí)鐘頻率低于10MSPS時(shí),芯片將自動(dòng)切換至休眠模式。

　　3.4 輸出選項(xiàng)

　　芯片產(chǎn)生14位的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)（D13┄D0,其中D13為最高位,D0為最低位）,1個(gè)數(shù)據(jù)就緒信號(hào)（CLKOUT引腳）和1個(gè)數(shù)據(jù)溢出指示位（OVR引腳,當(dāng)輸出數(shù)據(jù)幅值超過(guò)最大值時(shí),該位被置為1）。

　　通過(guò)改變DFS引腳電平可設(shè)置輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)格式和時(shí)鐘輸出信號(hào)的極性。輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)格式有直接二進(jìn)制碼和二進(jìn)制補(bǔ)碼兩種形式,而時(shí)鐘極性則表現(xiàn)為輸出數(shù)據(jù)在時(shí)鐘波形上升沿或下降沿有效。DFS引腳電平有四種選擇范圍,因而就有四種對(duì)應(yīng)關(guān)系。表2給出了這四種模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　表2 輸出數(shù)據(jù)格式和時(shí)鐘信號(hào)極性的選擇

　　3.5 應(yīng)用舉例

　　以下是一個(gè)實(shí)時(shí)的圖像處理系統(tǒng),CCD傳感器把原始圖像（模擬信號(hào)）送至ADS5500高頻采樣,得到高精度的數(shù)字圖像信號(hào),再通過(guò)高速同步FIFO送入到圖像處理單元,由數(shù)字信號(hào)處理器完成圖像的處理和壓縮,并將處理后的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示器或CRT顯示器上。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　ADS5500接口簡(jiǎn)單,使用方便、靈活,14位采樣精度,同時(shí)又有很高的轉(zhuǎn)換速度。在大多數(shù)需要高速數(shù)據(jù)采集和高精度測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合中,該芯片具有很強(qiáng)的實(shí)用性。