帶輔助DAC的雙路 轉換器的原理及應用

2022-04-20 04:31:35 字數 3936 閱讀 7042

1. 內部框圖

ad公司新近推出的這種帶輔助dac的雙路σ-δ模數轉換器,是一個完整的15位cmos模數轉換器件。它取樣速率高,功耗低,且輸入端兼有訊號處理功能,接收通道上的兩個帶數字濾波器的σ-δ型adc合用一個能隙參考基準。控制dac可執行afc的功能,其它輔助功能可以從輔助串列埠獲得,以滿足器件多方面的效能要求。

圖1所示為ad7729的內部框圖。ad7729主要有兩大部分組成:模數轉換器和輔助數模轉換器。模數轉換器由σ棪ば虯dc、數字濾波器、偏移調整和主序列通訊介面組成;數模轉換器由10位輔助dac、輸出緩衝器和輔助序列介面組成。

1.1 模數轉換器

模數轉換器部分有i和q兩個通道,分別由一個開關電容濾波器和一個15位的adc組成。片內的數字濾波器對系統的效能起著關鍵作用,它們的幅頻和相頻響應特性保證了相鄰通道間的相互干擾有極好的抑制性。

a. σ-δ型adc

開關電容濾波器以13mhz的速率對接收的模擬量進行取樣,其頻率響應如2(a)所示。接收通道上的另一個數字濾波器的時脈頻率為6.5mhz,其頻率響應特性如圖2(b)所示。兩濾波器對應的綜合頻率響應如圖2(c)所示。ad7729的接收通道採用了σ-δ轉換技術,在片內實現系統濾波,從而保證了i和q 端15位的高精度輸出。具體工作過程是用一個充電平衡的調製器以6.5mhz的速度對開關電容濾波器的輸出進行取樣,並將其轉化成數字脈衝串。過高的過取樣速率能分散0?.25mhz的量化噪音,並使它在所關心的頻帶中減小。然後用一高階的調製器對噪音訊譜整形。再利用數字濾波器對帶外噪音進行處理,並同時把數字脈衝轉化成並行的15位二進位制資料。

b. 數字濾波器

它有288個抽頭,建立時間為44.7μs。我們已介紹了它的兩個重要功能:系統的濾波功能和消除帶外量化噪音功能。由此可以看出,它有兩點優於模擬濾波器:首先,由於它位於adc之後,消除a/d轉化過程中產生的噪音;其次,它不僅消除了低通的振鈴,同時還保證了線性相位響應。雖然這些功能都是模擬濾波器很難達到的,但模擬濾波器卻消除了a/d轉化前訊號中所帶的噪音。由於噪音的波峰有使模擬調變解調器達到飽和的危險,ad7729專門為調製器和濾波器設定了一個超範圍裕度,允許有100mv的超範圍漂移。

1.2 數模轉換器

a.輔助控制功能

該功能是由輔助dac來實現的。它由幾個高阻抗電流源組成,後接很輕的負載以保證它的直流精度。輔助dac帶有輸出放大器,可以允許10kω的負載電阻。dac的模擬輸出為2vrefcap/32+(2vrefcap-2vrefcap/32)×dac/1023 。其中:vrefcap是參考電壓。dac是所要輸出的數字訊號。

b.參考電壓和串列埠

refcap是一個能隙參考基準,不僅噪音低,還可為adc和輔助dac提供溫度補償。參考電壓vrefcap=1.3v。主序列介面(bsport)和輔助序列介面(asport)都是dsp(數字訊號處理器)相容的串列埠。使用者可自由選擇暫存器與埠的連線方式,還可通過調整sclk的頻率來減小功耗。

c. 讀/寫操作

經序列口對暫存器進行的讀和寫操作就是對16位字長的資料即10個資料位和6個地址位(rx例外)進行轉換。必須對只讀暫存器給出一定的地址才能從中讀出對應的的內容,寫入和讀出的時間間隔大約為4個主時鐘週期。

2. 引腳

ad7729採用28引腳tssop和28腳soic兩種封裝形式。其引腳說明見表1所列。

3. 電路的調整

3.1 校準

數字濾波器本身就是一種校準方式。一般來說,數字低通濾波器的每個通道上都有一個偏置暫存器。類比電路中直流偏置的值便存在裡面。一般情況下,在資料進入序列輸出引腳之前,濾波器就已將暫存器的偏置資訊清除。因此可選用自校準或使用者校準來除去i和q通道中的偏差。所不同的是自校準只能消除內部偏差,而使用者校準則可以通過寫入偏置暫存器的資訊來對外部偏差進行校準。偏置暫存器最多能容納162.5mv的直流偏置,超範圍的輸入將會導致錯誤的輸出。然而,當帶有超過100mv偏置的訊號進入時,σ-δ調置器會自動換檔。偏置暫存器中補碼的值與rx的對應關係如圖3所示。

ad7729有一個完整的自校準程式:當rx被置位時,類比電路和數位電路的穩定需要時間tsettle。只有當主控制暫存器a(bcra)的rxautocal位處於高電平時,才開始進行校準。在內部自校準模式下,ad7729用短路差動輸入來測量adc中的偏移值;在外部自校準模式下,ad7729維持輸入的正常連線允許系統偏置的存在。rxdelay1和rxddelay2分別為兩個定時器的定時時間,當rxdelay2到時後,將會輸出15位的無效資料。

3.2 rx的接收過程

當rx置位時,串列埠的sdo腳將以270k字的速率輸出rx的資料。ad7729的輸出結果為16位,即以二進位制補碼形式存在的資料位和一個志位(lsb),lsb用以區別i和q。當lsb=0時,輸出為i,否則為q。只要rxon處於高電平,序列時鐘的頻率就保持為13mhz,而與時鐘速率暫存器中的值無關。在sdo引腳自動輸出rx資料時,會同時產生幀同步訊號,間隔為48個主時鐘週期。輔助串列埠asport和主串列埠bsport均能輸出資料,但使用者只能根據需要選擇其一,並且不能同時在兩個埠間進行資料交換。

3.3 斷電

ad7729的每個部分都能被斷電。rx模數轉換器和輔助數模轉換器可分別通過設定控制暫存器上的適當位來斷電。當ad7729的每個部分都上電時,類比電路和數位電路需要一個建立時間,同時參考電壓vrefcap也需要一個上電時間。為減少上電所需時間,可將lp置1而使adc和dac處於斷電模式,而refcap引腳將保持上電模式,不需要上電和建立時間,從而使上電穩定工作所需的時間減小。adc和dac可通過適當的控制暫存器分別斷電,當包括參考基準在內的所有元件都處於斷電狀態時,延遲64個時鐘週期後,主時鐘也停止工作。

3.4 復位

引腳resetb能復位所有的控制暫存器, asclkrate和bsclkrate的復位值為4,以保證asclk和bsclk訊號的頻率為mclk的八分之一,其餘控制暫存器則被複位為0。同時這些暫存器也能用主暫存器和輔助暫存器上的reset位復位。所有的輔助暫存器通過給控制暫存器acrb上的aretset位置高電平復位,而主暫存器則通給控制暫存器bcrb上的bretset位置高電平來複位,所需時間為4個主時鐘週期。復位後,areset和breset的復位值為0。暫存器 ardaddr,brdaddr,asclkrate,bsclkrate只能用復位引腳resetb復位,所需時間為8個主時鐘週期。控制暫存器的功能見表2所列。

4.介面舉例

ad7729還為使用者提供了與dsp相容的標準串列埠,由adc的序列時鐘控制序列資料和i/o dsp資訊。

圖4為ad7729與adi公司的adsp-21xx的介面原理圖。對於adsp-21xx,串列埠的控制暫存器必須設定為tfsr=rfsr=1 (保證每個轉換器的幀同步),slen=15(16位字長),tfsw=rfsw=0(正常幀同步),invifs=invrfs=0(高有效的幀同步訊號),irfs=0(外部rfs),itfs=1(內部tfs)和isclk=0(外部序列時鐘)。

ad7729是一種帶輔助dac的雙路σ-δ模數轉換器,它不僅具有噪音低,精度高,工作速度快等優點,並且可與多種dsp介面,通用性很強。所以該器件是新一**想的資料採集和模數轉換器件,可廣泛應用於通訊、多**和高效能儀器中。