双通道14位65MSPSA/D转换器AD13465及其应用

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双通道14位65MSPSA/D转换器AD13465及其应用 [复制链接]

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1前言迎访问无由电子开发网（技术文章 在线阅读 在线商城
    AD13465是AnalogDevice公司的一种双通道14位A/D转换器，其中集成了放大器、电压基准、A/D转换器及输出端元件，该器件带有片上跟踪/保持电路，并采用改进的多通道结构，可提供优良的系统性能，其采样率达到65MHz。该器件采用先进的电路设计和激光修调薄膜电阻网络，可得到极好的信道匹配和阻抗控制，对模拟输入提供了多种驱动方式，主要有单端、差分和任选串联滤波。另外还为用户提供了模拟输入信号范围的选择方案，可进一步使额外的外部信号调节减少到最低限度，但仍然保持了该器件的通用性。该器件中对模拟信号调节电路，使用±5.0V电源电压工作；对A/D转换电路，使用5.0V电源电压工作；对输出级电路，使用3.3V电源电压工作。该器件中，每一路信号通道是完全独立的，可采用独立的编码和模拟输入，但仍保持了最小的串话和干扰。
2AD13465的性能特点及功能块图
2.1AD13465的封装外形

图1AD13465的封装外形图

    AD13465的封装外形图如图1所示，其中引脚功能介绍如表1所示。
2.2AD13465的主要特点
　　该器件为双通道14位A/D转换器，最低采样率达65MHz，信道之间匹配增益误差为±1％，信道之间的隔离度为90dB，DC耦合式信号调节；无假信号动态范围达85dB；可选择式双极输入，其输入范围为±1V和±0.5V；3.3V兼容输出；每通道的功耗为1.8W。

表1AD13465引脚功能

引脚编号	符号	功能	引脚编号	符号	功能
1，35	SHIELD	信道之间的内部接地屏蔽	34	DROUTA	A数据等待输出
2，3，9，10，13，16	AGNDA	A信道模拟地，A和B地应该尽可能连接得接近器件	36	DROUTB	B数据等待输出
4	A－IN	倒相差分输入（增益=1）	37－4245－52	D0B－D13B	ADCB.D0的数字输出（LSB）
5	A＋IN	非倒相差分输入（增益=1）	43,44	DGNDB	B通道数字地
6	AMP－OUT－A	单端放大器输出（增益=2）	53	DVCCB	B通道数字正电源电压（标称5.0V/3.3V）
7	AMP－IN－A－1	A边ADC的模拟输入（标称±0.5V）	54,57,60,61,67,68	AGNDB	B通道模拟地
8	AMP－IN－A－2	A边ADC的模拟输入（标称±1.0V）	55	ENCB	编码输入；在上升缘触发的转换
11	AVEEA	A通道模拟负电源电压（标称－5.0V或－5.2V）	56	ENCB	编码的补码；差分输入
12	AVCCA	A通道模拟正电源电压（标称5.0V）	58	AVCCB	B通道数字正电源电压（标称5.0V）
14	ENCA	编码的补码；差分输入	59	AVEEB	B通道数字负电源电压（标称－5.0V或－5.2V）
15	ENCA	补码输入；在上升缘触发的转换	62	AMP－IN－B－2	B边ADC的模拟输入（标称±1.0V）
17	DVCCA	A通道数字正电源电压（标称5.0V/3.3V）	63	AMP－IN－B－1	B边ADC的模拟输入（标称±0.5V）
18－2528－33	D0A－D13A	ADCA.D0的数字输出（LSB）	64	AMP－OUT－B	单端放大器输出（增益=2）
26,27	DGNDA	A通道数字地	65	B＋IN	非倒相差分输入（增益=1）
			66	B－IN	倒相差分输入（增益=1）

2.3AD13465的性能规范
    AD13465的性能规范如表2所示，其中AVCC=5V;AVEE=－5V;DVCC=3.3V。
3AD13465的工作原理及使用方法
    AD13465是一种流水线结构双通道A/D转换器，它的每一通道是采用AnalogDevice公司的4块单片集成电路（AD8037、AD8138、AD8031和AD6644）及多个无源电阻网络和去耦电容器构成的，具有输入选择方案，输入范围为1VP－P～2VP－P，输入阻抗为50Ω、100Ω和200Ω。
        在单端输入端结构中，用户通过外部选择适合应用需要的相应输入端，输入信号通过激光修调过的精密电阻，可得到±0.5V或±1.0V的满度信号。分压电阻器分压的结果，是将约为0.4V的满度输入应用到AD13465输入结构中的AD8037放大器的非倒相输入端。AD8037放大器具有创新结构特点，可使放大器的输入和输出的动态范围达到最高水平。AD8037放大器对驱动单端到差分放大器中的AD8138，可提供很高的输入阻抗和增益。AD8138具有300MHz－3dB带宽，它可在差分放大方式中以最低的谐波失真提供差分信号，它的差分输出有助于AD6644的差分输入达到平衡，以便使器件的性能达到最佳水平。AD8031对内部基准A/D转换器提供缓冲作用，将AD6644的内部基准电压设计来跟踪失调和漂移，并用以确保扩展在工作温度范围内的匹配。基准电压被连接到AD8138输出共模方式的输入，该基准电压以2.4V建立AD8138的输出共模方式。AD6644具有互补的模拟输入引脚A＋IN和A－IN,每一个模拟输入以2.4V为中心，其摆幅为±0.55V。因为A＋IN和A－IN是180度的相位输出，所以差分模拟输入信号为2.2VPP,两个模拟输入在跟踪/保持之前得到缓冲。AD6644的数字输出驱动100Ω的串联电阻，得到的结果是14位并行CMOS兼容数字，编码为2的补码。
      为了便于作单端输入应用，在结构上设计了多个输入结构，容许用户选择输入信号电平和输入阻抗。标准输入为±0.5V和±1.0V，用户可以对任一输入选择AD13465的输入阻抗。在每一输出位置能得到的阻抗方式为：AMP－IN－X－2开路时，AMP－IN－X－1=100Ω；AMP－IN－X－2对地短路时，AMP－IN－X－1=50Ω；AMP－IN－X－1开路时，AMP－IN－X－1=100Ω。每一信道有两个模拟输入：AMP－IN－A－1和AMP－IN－A－2或AMP－IN－B－1和AMP－IN－B－2。在需要±5V的满度输入时，使用AMP－IN－A－1或AMP－IN－B－1；在需要±1V的满度输入时，使用AMP－IN－A－2或AMP－IN－B－2。每一信道有一个AMP－OUT,必须将它连接到保留有输入接地的差分放大器的非倒相或倒相输入端。例如，A边，AMP－OUT－A（6脚）必须与连接到地的A－IN（4脚）一起连接到A＋IN(5脚)，以作非倒相工作；或AMP－OUT－A(6脚)与连接到地的A＋IN（5脚）一起连接到A－IN（4脚），以作倒相工作。

表2AD13465的性能规范

参数	温度	AD13465AZ/BZ			单位
		最小	典型	最大
分辨率		14			位
DC精度无失码失调误差失调误差信道匹配	全温25℃全温全温	保证－2.2 －2.2－ 1.0	±0.2±1.0±0.1	＋2.2＋2.2＋1.0	％FS％ FS％FS
增益误差增益误差信道匹配	25℃全温25℃最大最小	－3.0－5.0 ＋1.5－ 3.0－5.0	－1.0±2.0± 0.5± 1.0±1.0	＋1.0＋5.0＋1.5＋3.0＋5.0	％FS％ FS％ FS％ FS％FS
单端模拟输入输入电压范围AMP－IN－X－1AMP－IN－X－2输入电阻AMP－IN－X－1AMP－IN－X－2输入电容模拟输入带宽	全温全温全温全温全温	99198	±0.5±1.0100 2004.0100	1012027.0	VVΩΩp FMHz
转换性能最高转换率最低转换率孔径延迟（tA）孔径不稳定性（偏差）带高电平的编码脉冲带低电平的编码脉冲输出延迟（tOD）编码，上升到数据准备，上升延迟	全温全温25℃25℃25℃25℃全温全温	655.05.0	1.50.37.77.77. 511.5	209.59.5	MSPSMSPS nspsrms nsnsnsns
SNR（信/噪比）在4.98MHz时的模拟输入在9.9MHz时的模拟输入在21MHz时的模拟输入在32MHz时的模拟输入	25℃25℃全温25℃全温25℃全温	70696968	72727171707069		DBFSdBFSd BFSDBFS dBFSdBFS dBFS
单端模拟输入达到10MHz的通带纹波达到25MHz的通带纹波	25℃25℃		0.050.10		dBdB
SINAD（信/噪加失真）在4.98MHz时的模拟输入在9.9MHz时的模拟输入在21MHz时的模拟输入在32MHz时的模拟输入	25℃25℃全温 25℃全温25℃ 全温	69.068.566. 566.0	72.072.070. 570. 069.063. 061.0		DBFSdBFSd BFSDBFSBF SdBFSdBFS

参数	温度	AD13465AZ/BZ			单位
		最小	典型	最大
编码输入（ENC,ENC）差分输入电压差分输入阻抗差分输入电容	全温25℃25℃	0.4	102.5		VP－PkΩpF
无假信号动态范围在4.98MHz时的模拟输入在9.9MHz时的模拟输入在21MHz时的模拟输入在32MHz时的模拟输入	25℃25℃全温25℃全温25℃全温	80787069	8568476746362		DBFSdBFSdBFSdBFS dBFSdBFSdBFS
差分模拟输入模拟信号输入范围A＋IN到A－IN和B＋IN到B－IN输入阻抗模拟输入带宽	全温全温全温		±1.061850		VΩMHz
差分模拟输入达到100MHz的通带纹波达到25MHz的通带纹波	25℃25℃		0.300.82		dBdB
双音镜像抑制fin=9.1MHz和10.1MHzf1和f2是－7dBfin=19.1MHz和20.7MHzf1和f2是－7dB	25℃全温25℃	77.576.5	828072		dBcdBc
信道与信道之间的隔离	25℃	90			dB
瞬态响应	25℃		15.3		ns
数字输出逻辑兼容性DVCC=3.3V逻辑1电压逻辑0电压DVCC=5V逻辑1电压逻辑0电压输出编码	全温全温全温全温	2.50.2	CMOSDVCC－0.20.5DVCC－0.30.352的补码		VVVV
电源AVCC电源电压I（AVCC）电流AVEE电源电压I（AVEE）电流DVCC电源电压I（DVCC）电流每信道的电源电流（总）功耗（总）电源抑制比（PSRR）	全温全温全温全温全温全温全温全温全温	4.85－5.2853.135	5.0270－5.0383.33436 93.570.02	5.25308－4.75493.46546 4033.9	VmAVmAVmAm AW％FSR/％Vs

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  在作差分输入应用时，AD13465的每一通道设计有两个任选差分输入结构：A＋IN,A－IN和B＋IN,B－IN。这种输入结构给系统设计者提供了旁路AD8037放大器和直接驱动AD8138的能力。在单端或差分输入结构中，可以采用AD8138差分ADC驱动器，差分模拟输入有620Ω的标称输入阻抗和1.2VPP的标称满度输入范围。AD8138放大器驱动一个差分滤波器和定制A/D转换器，差分输入结构提供了最低偶次谐波和信号/噪声（SNR）性能，其性能达到3dB（SNR=73dB）。在布局差分输入信号通道时，要特别小心，差分输入传输线路特性应匹配并平衡。同样，在系统信号通道中，也一定要注意结构布局，以便得到大的性能改进。

图2晶体时钟振荡器－差分编码应用电路

图3编码用的ECL/PECL差分耦合电路

    在应用AD13465时，为了防止其性能退化，编码信号必须是高质量、极低相位噪声源的信号，要保持65MSPS下的14位精度，必须特别重视编码时钟相位噪声。当使用高的振颤时钟源时，在32MHz输入信号时的SNR性能将很容易地从3dB衰变到4dB。为了得到最佳性能，AD13465必须使用不同的时钟信号。编码信号通常经变压器或电容器交流耦合到ENCODE和ENCODE引脚，这些引脚是内部偏置的，不需外部偏置。
      图2示出电路应用连接方法，是给AD13465加时钟的一种优选方法。其中，使用RF变压器将时钟源从单端变换为差分信号，在变压器的副线圈两端跨接两个反接的肖特基二极管以限制时钟偏移使AD13465接近0.8VP－P差分电平。这种方法有助于防止从反馈馈入AD13465其它部分的时钟产生很大的电压摆幅，并可限制存在于ENCODE输入的噪声信号。如果在副线圈使用一个适当的串联限制电阻器（典型值为100Ω），晶体振荡器也可以用来驱动RF变压器。如果能得到很低振颤的ECL/PECL时钟（Motorola的MC100LVEL16器件可提供极好的振颤性能），则可采用如图3所示方式将ECL/PECL差分信号交流耦合到编码输入引线脚。
      在选择电源时要特别当心，因为线性电源强烈地受命令控制要求而工作，而开关电源又可能使AD13465收到辐射信号。每一电源引脚都应该采用0.1μm片式电容器去耦，并尽可能连接来接近管壳。
      AD13465有独立的数字电源和模拟电源引脚，其中AVCC是模拟电源，DVCC是数字电源，它们是互相独立的，否则，快速交替变化的数字输出信号将把开关电流反馈耦合到模拟电源。在应用时需注意AVCC要保持在5V的＋5％和－3％以内，而DVCC=3V，因为3V是ASIC的常用电源电压。
    在设计AD13465的数据接收器时也一定要当心，数字输出信号驱动内部串联电阻器（例如100Ω），其后连接一门电路，如75LCX574。为了使电容性负载达到最小，每一输出引脚只能连接一个门电路。AD13465的数字输出信号具有1V/ns的恒定输出摆率，典型CMOS门电路与PCB的电路布线结合在一起，将有10pF的负载。因此，在每一位开关过程中，在器件的输入或输出将有每位10mA（10pF×1V÷1ns）的动态电流在流动，所以满度变换可能引起达140mA（14位×10mA/位）的瞬变电流流入输出级。这种开关电流被限制在地和DVCC引脚之间，应避免使用标准TTL门电路，因为它们会明显增加AD13465的动态开关电流。还应注意，外部电容性负载将增加输出时间，并使定时规范无效，数字输出定时是采用10pF负载来保证的。
    在高频/高分辨率应用设计时，建议使用高质量的陶瓷片式电容器来作该器件电源引脚直接对地的去耦电容器，所有电容器都可以使用标准的高质量陶瓷片式电容器。
    在设置数字输出工作时要当心，由于数字输出有很高的摆率，数字输出的电容性负载应达到最小，数字输出的电路连线应保持最短，并应直接连接到接收门电路。内部电路通过电阻网络缓冲ADC的输出，可以免除器件与接收门电路之间的外部隔离措施的使用。
4AD13465的应用领域
　　AD13465是一种宽动态范围14位65MHz双通道A/D转换器，该器件可应用于雷达信号处理(I/Q基带工作信号的优化)、相阵接收机、多路多模接收机、GPS抗干扰接收机、通讯接收机等领域。SOC开发平台360元 豪华单片机开发系统498元 单片机学习板138 无线nRF-9E5模块100元 51单片机试验开发板230元 Genius NSP通用编程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9开发板800
5结束语
      该器件是一种高速、高精度、宽动态范围A/D转换器，性能优良，使用方便，是高速信号处理系统的良好选择对象。