A／D轉(zhuǎn)換器AD6644的工作原理、性能特點及應(yīng)用

在軟件無線電的組建中，A／D和D／A起著關(guān)鍵作用，通常要求A／D轉(zhuǎn)換器有足夠的工作帶寬（2GHz以上）和較高的采樣速率（一般在60MHz以上），同時應(yīng)有較高的A／D轉(zhuǎn)換位數(shù)以提高動態(tài)范圍。AD公司推出的新一代A／D轉(zhuǎn)換器AD6644可以滿足其要求。下面將對AD6644器件的特點、原理及應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 主要特點

該芯片的主要特點如下：

●保持采樣率可達(dá)到65MHz；

●采用完全差動模擬輸入；

●為了便于和數(shù)字ASIC接口，數(shù)字輸出級可工作在＋3．3V電源上；

●內(nèi)含基準(zhǔn)電壓源和跟蹤／保持放大器；

●采用小型表面貼裝52腳封裝（LQFP）。AD6644的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。表1所列為其主要的極限參數(shù)。圖2所示是其引腳排列，各引腳的功能說明如下：

DVcc：＋3．3V功率輸出級電源（數(shù)字）。

GND：接地端。

VREF：2．4V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。使用時應(yīng)用0．1μF片狀電容旁路到地。

ENCODE：編碼輸入。在上升沿開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

ENCODE互補端，可與ENCODE組成差分驅(qū)動。

AVcc：＋5V模擬電源。AIN：模擬輸入。

：模擬輸入互補端。

C1～C2：內(nèi)部偏置點。應(yīng)用0．1μF片狀電容旁路到地。

DNC：無連接。

OVR：超出額定位，高位指示模擬輸入超過±FS。

DMID：輸出數(shù)據(jù)電壓中值；近似等于（DVcc）／2。

D0～D13：數(shù)據(jù)輸出位，其中D0為最低有效位LSB，D13為最高有效位MSB；

DRY：數(shù)據(jù)輸出準(zhǔn)備。

2 工作原理

AD6644采用的是三級子區(qū)式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計即保證了所需的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度，又降低了功耗，同時也減小了模片尺寸。AD6644的模擬信號輸入方式為差分結(jié)構(gòu)，每個輸入的電壓范圍以2．4V為中心，上下擺動在0．55V以內(nèi)。由于兩個輸入的相位相差180°，所以模擬輸入信號的最大峰－峰值為2．2V。

從圖1可以看出，兩個模擬輸入端首先經(jīng)過緩沖，然后進(jìn)入第一個采樣保持器（TH1）。當(dāng)采樣時鐘為高時，TH1進(jìn)入保持狀態(tài)。TH1的保持值作為粗5位A／D轉(zhuǎn)換器（ADC1）的輸入，其輸出用于驅(qū)動一個5位D／A轉(zhuǎn)換器（DAC1）。如將延遲的模擬信號與DAC1的輸出相減，則可在保持器TH3的輸入端產(chǎn)生第一剩余信號。保持器TH2的作用是為ADC1數(shù)字延遲后的一個模擬信道延遲進(jìn)行補償。第一剩余信號用于轉(zhuǎn)換的第二階段，此階段包括一個5位A／D轉(zhuǎn)換（ADC2）、5位D／A轉(zhuǎn)換（DAC2）以及信道TH4。將TH4保持的第一剩余信號與DAC2的量化輸出相減，所得到的第二剩余信號可作為TH5的輸入。

將ADC1、ADC2和ADC3相加，并將修正后的結(jié)果傳至數(shù)字誤差校正邏輯，便可輸出最終的14位模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。

圖3所示為AD6644的時序關(guān)系圖。

3 AD6644的應(yīng)用

軟件無線電是近年來隨著計算機及微電子技術(shù)高速發(fā)展而產(chǎn)生的一種全新的無線電技術(shù)，它的出現(xiàn)，是無線電通信從模擬到數(shù)字、從固定到移動、從硬件到軟件的三次變革的產(chǎn)物?！败浖o線電”（SoftwareRadio）的概念由JeoMitola于1992年5月在全美通信系統(tǒng)年會上首次明確提出。它是將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元以總線方式連接起來構(gòu)成基本平臺，然后通過軟件加載來實現(xiàn)各種無線通信功能（包括不同頻段、不同制式），并將A／D和D／A（模／數(shù)和數(shù)／模轉(zhuǎn)換）功能盡可能地靠近天線端研制出的新一代無線電通信系統(tǒng)。因此，軟件無線電系統(tǒng)具有開放性、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化以及實現(xiàn)靈活、可軟件升級、適于大規(guī)模制造等諸多優(yōu)點，這些特點使其不僅在軍用和民用無線通信中開始獲得應(yīng)用，而且也正在向其它無線電技術(shù)領(lǐng)域推廣，因此該技術(shù)的研究已悄然成為各國競相研究的熱點。

目前，在A／D和D／A器件上，一些產(chǎn)品已能工作在中頻頻段。AD6644是一種性能優(yōu)良，具有14位分辨率、65MSPS抽樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是繼AD9042（12位，41MSPS）和AD6640（12位，65MSPS）之后，寬帶ADC家族中的第三代產(chǎn)品。采用AD6644的軟件無線電設(shè)備體積小，成本低，也易于針對新的無線服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行編程和設(shè)置。AD6644的其它特點還包括采樣抖動小于300fs，功率消耗小于1．3瓦等。因此，AD6644的出現(xiàn)為實現(xiàn)新一代通信設(shè)備k可編程數(shù)字無線電接收機（通稱軟件無線電）提供了一種業(yè)界最佳性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

采用AD6644作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件（ADC）的數(shù)字接收機很多，圖4給出了一個兩通道數(shù)字接收機的結(jié)構(gòu)框圖。該接收機充分發(fā)揮了AD6644的各項性能，可以很好地實現(xiàn)寬帶高速多位采樣，并能保證較高的采樣速率。其單端ADC的模擬輸入帶寬為400MHz，輸入阻抗為1kΩ，并采用差分輸入。接收機中ADC的采樣速率最大可達(dá)65MSPS，最大動態(tài)范圍可達(dá)到137dB。

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