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高速6位ADCs MAX155/MAX156的原理及应用

时间：2022-07-11 05:45:21 其他范文收藏本文下载本文

高速6位ADCs MAX155/MAX156的原理及应用（共4篇）由网友“总督是我”投稿提供，以下是小编整理过的高速6位ADCs MAX155/MAX156的原理及应用，仅供参考，希望能够帮助到大家。

篇1：高速DAC AD9712B/AD9713B的原理和应用

高速DAC AD9712B/AD9713B的原理和应用

摘要：AD9712B/AD9713B是一款12位的ECL/TTL兼容高速数模转换器，是针对DDS、信号重构、高质量图像信号处理等应用而专门设计的。该芯片具有小的毛刺和快速建立时间，以及良好的动态性能和谐波抑制能力，因而在各种信号产生设备中有着大量的应用。文章介绍了该芯片的结构和原理，同时给出了一个AD9713B在雷达视频信号处理中的应用实例。

关键词：DACAD9712B/AD9713B视频信号

在为线性调频的雷达视频目标产生模拟信号的过程中，为了得到高质量的视频模拟信号，其前端通常采用数字信号处理或DSP+FPGA的结构来设计，然后经过数模转换和低通滤波以生成视频目标模拟信号。而后端所选用的数模转换芯片的性能优劣对信号的质量有着极为重要的影响。

AD9712B/AD9713B是AD9712/AD9713的替代产品，为12位高速数模转换器。同AD9712/AD9713相比，该器件具有更好的.静态性能和动态特性。其中AD9712B与ECL兼容，更新速率可达10MSPS；而AD9713B则与TTL兼容，更新速率可达80MSPS。由于该D/A转换器是针对DDS、波形重构和高质量图像信号处理等应用而设计的，因此，这两款芯片在动态特性方面表现特别突出，并且具有优良的谐波抑制能力。本文选用AD9713B来输出雷达视频目标模拟信号。

1AD9712B/AD9713B的主要特点

AD9712B的数据输入口D1～D12和使能口LATCHENABLE与ECL兼容，内部ECL参考节点也与10KECL器件相匹配。而在AD9713B中，每个输入口均加进了TTL转换单元。除这点以外，AD9712B和AD9713B是完全相同。

AD9712B/AD9713B的主要特性如下：

●具有100MSPS的更新速率；

●与ECL/TTL兼容；

●无杂散动态范围SFDR为70dBc(1MHz)；

●毛刺电压低至28Pv-s；

●建立时间快（27ns）；

●低功耗：725mW；

●1/2LSBDNL(BGrade)；

●具有40MHz乘积带宽。

2AD9712B/AD9713B的结构功能

图1为AD9712B/AD9713B的内部结构框图，由图可见，该芯片主要由解码/驱动电路、传输锁存器、开关网络、可调放大器四个子模块构成。此外，其片内包含的内部电压参考源也进一步减少了外围接口器件的数量。

AD9712B/AD9713B高速数模转换器利用MSB（MostSignificantBit）解码和分割技术来减少毛刺，并可获得12位的线性特性。D1～D4被解码后可用来驱动15个离散的电流源，D5和D6已经过二进制量化，D7～D12用于R-2R电阻网络。这种分段结构可减少因为毛刺引起的频率误差。

AD9712B/AD9713B的内部参考源可提供1.18V的参考电压，而其开关网络则用于提供互补的输出电流IOUT和IOUT。两款器件均采用28脚DIP和PLCC封装形式。现将各引脚的功能说明如下：

D1～D12:12Bits数字信号输入脚；

DIGITAL-Vs:-5.2V数字电源输入端；

ANALOGRETURN：模拟地反馈，通常接地；

IOUT:模拟电流输出，满量程时对应全‘1'输入；

ANALOG-Vs:-5.2V模拟电源输入端；

IOUT：互补模拟电源输出端，0幅值输出时对应全‘1'输入；

REFERENCEIN：通常接到CONTROLAMPOUT端口，该引脚上的电压变化对满量程输出值有着直接的影响；

CONTROLAMPOUT：内部可调放大器输出，用于给电流开关网络提供一个偿驱动输出；

CONTROLAMPIN：在没有接外部参考源时，通常接到REFERENCEOUT脚；

REFERENCEOUT：内部参考电压（-1.18V），通常接到CONTROLOUT脚；

REFERENCEGROUND：内部参考电压源和放大器的返回地；

DIGITAL+Vs:+5V数字电压输入端；

图2

RSET：外部阻抗参考，当采用内部放大器时，满量程电流输出为128（ReferenceVoltage/Rset）该脚的外接电阻通常取7.5kΩ；

LATCHENABLE：数据传输使能口，低电平有效；

DIGITALGROUND：数字地。

3AD9712B/AD9713B的应用

AD9712B/AD9713B主要用于ATE、信号重构、任意波形产生、数字频率综合、信号产生等设备中。下面以AD9713B在某线性调频雷达视频目标模拟信号产生单元中的应用为例，介绍该芯片在实际应用中的电路设计方法。

3.1AD9713B的外围电路设计

该设计要求输出六路相位相同的雷达视频目标模拟信号，分别为：同相和支路、同相方位差支路、同相俯仰差支路、正交和支路、正交方位差支路、正交俯仰差支路。这六条支路的电路结构完全相同，因而可以借结构的对称性保证各支路间相位的一致。下面以同相和支路为例说明该芯片的应用。

在同相和支路中，前端DSP+FPGA的输出数据被送入DAC芯片AD9713B，数据的采样速率为60MHz。AD9713B的输出模拟信号为+1.5V的脉冲信号。

AD9713B的典型应用电路如图2所示。

为了获得12位的线性精度和较高的更新速率，可在模拟电源和数字电源端加上一个0.1μF和一个0.01μF的滤波电容，并在电路板上单独为并行结构的六片DAC留出一个地层，所有的地连同参考电压源和模拟输出器件的地都应直接连到这个地层上。DAC的地层则应在频率较高处的某一点被连接到系统地上。

图2电路利用了AD9713B的内部参考源，设计时可将REFERENCEPUT（Pin20）引脚接到AMPIN（Pin19）脚，再将AMPOUT（Pin18）通过一个20Ω的电阻接到REFERENCEIN（Pin17）脚，0.1μF的瓷片电容接在17脚和15脚之间，可用来消除切换噪声。

满量程电流输出是由VCONTROLAMPIN和RSET决定的，公式如下：

IOUT(FS)=128(VCONTROLAMPIN/RSET)

如果内部参考电压VCONTROLAMPIN为-1.18V，RSET为7.5kΩ，则输出电压VOUT为1.51V。

3.2DAC输出端低通滤波器的选取

为了在AD9713B的输出端获得较高的信号质量，还应滤除输出信号中的镜像信号分量。如要求数据采样速率为60MHz，假设雷达视频目标模拟信号的频带为0～8MHz，则AD9713B输出信号的频带（包含有镜像分量）将为（60M*k-8M）Hz～（60M*k）Hz和（60M*k）Hz～（60M*k+8M）Hz,其中k=0、1、2、3、4……所以，设计时应选用合适的低通滤波器件来滤除镜像信号。

确定雷达视频目标模拟信号的频带范围是选取低通滤波器件的关键。本文运用Matlab6.5软件对雷达视频目标模拟信号进行了仿真分析。仿真结果如图3所示。

由仿真结果要以看出，本设计中，雷达视频目标模拟信号的频带范围大约为0～10MHz，距离最近的镜像信号出现在50～60MHz频率处。所以，选取3dB通带为10.7MHz的低通滤波器就可以很好地将镜像信号滤除。

4总结

本文介绍的高速数模转换芯片AD9712B/AD9713B适应于信号重建、波形产生和频率综合等对数模转换器要求较高的应用场合。根据需要可以选取差分输出或单端输出，也可以选用外部参考源或内部参考源，而且满量程输出电流可调。实际应用表明，配合适当的低通滤波器件，该芯片可以输出较高质量的模拟信号。

篇2：高速D/A转换芯片MX7541原理及应用

高速D/A转换芯片MX7541原理及应用

摘要：美国美信公司生产的MX7541系列器件是一种12位并行高速D/A转换器，此芯片可方便地应用于精密仪器的输出控制系统中。文中介绍了该芯片的基本参数和主要特性，给出了MAX7541与单片机和CPLD连接的具体应用电路。

关键词：D/AMAX7541数模转换器CPLD单片机

1概述

MX7541是美国MAXIM公司生产的高速高精度12位数字／模拟转换器芯片，由于MX7541转换器件的功耗特别低，而且其线性失真可低达0．012％，因此，该D／A转换器芯片特别适合于精密模拟数据的获得和控制。此外，由于MX7541器件内部带有激光制作的精密晶片电阻和温度补偿电路以及NMOS开关，因而可充分保证MX7541具有12位的精度。还有一个重要特点是：MX7541的所有输入均与CMOS和TTL电平兼容。

MX7541在电气和管脚上都与AD公司的AD7541芯片兼容，它们都采用标准的18脚封装。其主要电气特点如下：

●转换时间：0．6μs；

●具有12位线性输出（1／2LSB）；

●准确度：1LSB；

●功耗低，5V情况下通常为450mW；

●可进行四象限乘法转换；

●与TTL、CMOS电平兼容。

2引脚功能和内部结构

图1所示是MX7541的引脚排列图，各引脚功能如下?

VREF?DAC转换器的电压参考输入端，其电压值在±25V之间；

RFB?反馈电阻接入端，在双极模式时与外置运算放大器输出相连；

OUT1?OUT2?电流输出，I1＋I2为常数；

BIT1～BIT12?数字量输出，BIT1为最高位?

VDD?电源输入?范围为＋17V～＋5V?

GND?数字地。

图2所示是MX7541高速D／A转换芯片的内部结构功能图。

3MX7541的输入与输出

MX7541有两种输出方式,即单极性输出和双极性输出,两种方式的电路连接图分别如图3和图4所示。两种输出方式的输入输出对应关系分别列于表1和表2。

表单极性输入输出关系

数字输入量

模拟量输出

最高位最低位111111111111-VREF(4095/4096)100000000000-VREF（2048/4096）=-1/2-VREF000000000001-VREF（1/4096）0000000000000V

表2双极性方式中输入输出关系

数字输入量模拟量输出最高位最低位111111111111+VREF（2047/2048）100000000001+VREF（1/2048）1000000000000V011111111111-VREF（1/2048）000000000000-VREF（2048/2048）=-VREF

4MX7541与单片机的连接

由于MX7541是12位数字输入,因此它必须与16位以上的单片机相连。当其与MCS－96单片机进行连接时，其电路非常简单，只需把单片机的数据线直接与MX7541的`输入线相连即可。程序也很简单,只要不停地向其送数据即可。

5与CPLD的连接

由于目前8位单片机应用比较多,再加上MX7541是高速D／A转换器,因此，用单片机来控制MX7541显得不是很方便。为此，本文介绍一种运用可编程逻辑器件,这里以ALTERA公司的MAX7000系列中的MAX7128S为例，来控制MX7541的方法，该方法进而可推广到其它高速D／A转换芯片。

图5仿真输出波形

这种控制方法的基本思想是利用CPLD连接8位单片机与12位D／A转换器，其中单片机与CPLD之间采用两根控制线来进行通讯，同时用它们来决定数据线中数据的种类，表3给出了控制线中的数据意义。但应注意：该方案的输入时钟周期应小于单片机的指令周期。下面给出的是利用VERILOG语言所编写的程序：

modulemx7541（clk，a，b，in，out）；?

outputout；

inputa，b，clk；

input[7．．0]in;

reg[7．．0]out;

reg[7．．0]di;

reg[7．．0]gao;

always＠(negedgeclk)

begin

if(a＝＝0＆b＝＝1)

di＜＝in;

else

if(a＝＝1＆b＝＝0)

gao＜＝in[3:0];

else

if(a＝＝1＆b＝＝1)

out＜＝{gao[3:0],di[7:]};??

end

endmodule

其仿真输出波形如图5所示。

表3控制线中的数据意义

控制线A控制线B控制意义00不工作01低8位数据10高8位数据11输出到DA转换器

6结束语

笔者将MX7541芯片用于高频波形发生器?结果证明：该芯片性能稳定?D／A转换线性良好?使用简单。另外，这种方法也同样适用于其它同类产品（如MX7542,MX7543,MX7545等芯片）。

篇3：高速8位ADCs MAX155/MAX156的原理及应用

高速8位ADCs MAX155/MAX156的原理及应用

摘要：MAX155/MAX156是美国MAXIM公司推出的一种高速、8位、多通道模数转换器（ADCs），该器件的每个通道均有自己的跟踪／保持电路，所有的跟踪／保持采样可同时进行。该芯片可广泛用于各种多路信号采集、A／D转换驱动和信号测量电路。文中着重介绍了MAX155／MAX156的原理、结构和功能，并通过相关电路的比较说明了该芯片的优点，同时给出了一个关于MAX155／MAX156 的应用实例。

关键词：MAX155/MAX156；ADCs；跟踪／保持

美国MAXIM公司推出的高速、8位、多通道模数转换器（ADCs）MAX155和MAX156分别有8个模拟输入通道和4个模拟输入通道，每个通道都带有自己的跟踪／保持电路，所有的跟踪保持采样可同时进行，因而可以减小各通道的采样时间差异。每个通道的转换时间为3．6μs，并能将结果存在内部的8×8RAM中。在单电源＋5V供电时，MAX155／MAX156可工作于单极或双极性、单端或差分等形式的转换电路中。如果需要更宽的电压范围或正负双极性转换，芯片必须由±5V供电。MAX155／MAX156的另一个特性是具有2．5V的内部参考电压和电源关断功能，这样就提供了一个完善的数据采集系统。

图1

1 芯片介绍

1．1 芯片引脚定义

MAX155采用28脚DIP和宽SO两种封装，MAX156则采用24脚窄塑料DIP和28脚宽SO封装，它们的引脚排列如图1所示。

1．2 特点参数

MAX155／MAX156的主要特点和工作参数如下?

●多输入通道? 具有4个或8个同步跟踪保持采样输入通道；

●输入方式：具有单端、差分输入以及单极性或双极性输入方式；

●内部参考电压：2．5V；

●配置方式：混合输入配置；(本网网收集整理)

●转换时间：每通道3．6μs；

●线性误差? ±1LSB?最大?；

●参考输入电压：2．5V?典型?；

●参考输出电压：2．5V?典型?；

●直流输入电阻：10MΩ；

●外部时钟频率：0．5～5MHz；

●电源供电方式?单5V或双±5V供电；

●工作温度：0～＋70℃。

2 工作原理

2．1 芯片结构图

MAX155／MAX156内部包含一个3．6μs的逐次逼近ADC和8／4个跟踪保持输入端。当转换开始时?所有的模拟输入端同时采样?而且无论转换是否被选择，所有的通道都进行采样。MAX155／MAX156既可进行单通道也可进行多通道转换，且通道可以配置为混合输入。它们的转换结果被存入片内RAM中，其内部结构如图2所示（以MAX155为例，MAX156类似）。

在WR端加一个脉冲即可启动MAX155／MAX156的转换。在WR的上升沿，MUX配置寄存器数据；在WR的下降沿，所有的通道开始采样。访问转换结果可用连续的RD脉冲读出，并可自动从通道0开始顺序访问RAM。每一个RD脉冲会使RAM的地址计数器加1。在多通道转换中，当WR变为低时，RAM地址计数器复位到0。在装载RAM地址（A0～A2）的同时使D4／INH为1，可设置地址并禁止转换，此时执行一条读操作可以读出RAM的任一地址。

2．2 模式配置

MAX155／MAX156根据应用场合的不同要求?可以设置为两种模式?输入／输出模式和硬连线模式。

(1) 输入／输出模式

当MODE输入端开路时，为输入／输出配置模式。在输入／输出配置模式中，MUX配置寄存器用于决定转换的类型。在WR的上升沿，寄存器被更新。在转换开始后，BUSY端变低，转换从选定的最低通道开始顺序进行。当BUSY变高以后，转换结果存储到RAM中。在转换结束后，微处理器可以用连续的RD脉冲访问RAM中的数据。第一次读出的数据是最低通道的转换结果，后续的脉冲将顺序读出余下通道的转换结果。

(2) 硬连线模式

对于较简单的应用场合，MODE和VSS端的连线可用来指定转换的类型，在这种连线模式下，一般不使用配置寄存

器，所以D0～D7端的输入数据被忽略。以MAX155为例，MODE端连接到低电平时，在WR脉冲作用下，系统将启动8通道的单端转换；而当MODE端连接到高电平时，在WR脉冲的作用下，系统将启动4通道差分转换。实际上?在D0～D7端出现的数据一般不会影响到配置寄存器。

3 电路比较

在实际测控和仪表应用中，经常会遇到要求多路数据信号同时进行采集的情况。而以往的A／D采样转换芯片，虽然可进行多路A／D转换，但各个通道的采样转换是依次进行的，不能保证各通道的同时采样转换。这种方式下的解决办法有两种：一种是采用单路A／D转换芯片，并在外部另加采样保持器，接着将各路输入信号同时进行采样保持，然后再采用多路选择器逐次选择各通路，最后再送入到单路A／D转换中去。另一种是采用多路A／D转换芯片，该方法只是在上述电路中省去了多路转换器?这样能保证各路信号的同时采样，图3所示是采用传统A／D转换芯片时的实现方式。

虽然图3电路能保证各个通道的信号同时采样，但是也存在一些缺点：

(1)使用这种方法时，每个信号通道必须外加一个采样保持器，因而所用器件较多。

(2)电路控制比较复杂，实时性不强。

(3)大量器件在印制电路板上占用空间，既增加了布线的`困难，又增加了制板的费用。

(4)系统所用的元器件较多，不利于进一步提高集成度，而且易受干扰。

因此，采用MAX155／MAX156实现多路信号的同时采样是非常适合的。

此外，这种电路还有如下优点：

(1)每个通道有自己的跟踪／保持电路，所有的跟踪／保持采样可同时进行，而且元件数量比较少，从而使电路板占用的空间大大减少。

(2)ADC转换器每个通道转换时间仅为3．6μs，因而实时性很强。

(3)可进行单极或双极性、单端或差分等形式的转换，应用范围广。

(4)根据应用场合的不同要求?可以设置输入／输出模式和硬连线模式，因而适应性较强。

(5)芯片T／H放大器的输入阻抗很高，一般不需要输入缓冲。

(6)能够用软件改变配置寄存器来适应信号的不同要求，而且设计简单，控制容易。

(7)集成度高，电路不易受干扰。

4 应用实例

信号采集系统是工业对象检测、控制的重要环节。只有正确地将现场数据采集回来才能进行分析、处理。在工业对象仿真监控装置中，通常由现场传感器获得各类信号，经预处理电路滤波并使其电压值达到A／D转换器的电压输入范围后，送入A／D转换器的采集通道。由于本系统不但要求采集现场参数，而且还包括随机干扰和确定性干扰等扰动信号，所以对A／D转换器的多通道采样的同时性要求很高，MAX155／MAX156A正好满足这种要求。

将MAX156的MODE端悬空、Vss接－5V可选择正负双极性转换的输入／输出模式。AT89C52作为微处理器，主要用来控制MAX156按实际需要进行单极或双极性、单端或差分等各种形式的转换，各引脚连接如图4所示。图中，四路采样信号VIN1～VIN4经过预处理后，经限幅电路可分别输入到MAX156的四个模拟输入端AIN1～AIN4。MAX156的外部时钟范围为0．5～5MHz，所以，电路中将单片机AT89C52的外部时钟频率11．059MHz，通过4位二进制计数器74LS93进行四分频后，送入MAX156的外部时钟端。采样转换时，AT89C52给出一个WR脉冲，并在WR的下降沿开始转换，此时ADC的RAM地址计数器复位到0，在转换结束后，AT89C52通过连续RD的脉冲顺序读出RAM中的数据。第一次读出的是最低通道的转换结果，后续RD脉冲顺序读出余下通道的转换结果。

图4

在使用MAX155／MAX156时，根据笔者的经验，应注意以下几个问题：

（1）内部的2．5 V基准源输出端（REFOUT）必须通过1个4．7μF的电解电容和1个0．1μF的瓷片电容旁路到模拟地，以保证器件的稳定性。

（2）如果在REFIN端接入外部基准源，那么RE-FOUT必须接旁路电容，或者将REFOUT端连接到VDD，这样可以防止振荡输出和在ADC中产生转换噪声，这样做的缺点是电源关断模式中的电流会比给定值大250μA。

（3）为了减小耗尽电流?MAX156内部的参考电压在电源关断期间将被关闭。当恢复正常运行?PD＝0?时?需要约5ms的时间，以使参考电压在转换执行前给其4．7μF旁路电容充电。如果采用一个外部参考电压?并且在电源关断期间一直保持?那么，在设置PD为0后的50μs内，转换就能开始。

（4）VDD应通过1个4．7 μF的电解电容和1个0．1μF的瓷片电容接到模拟地。如果输入信号低于地电平，必须使用负电源，在这种情况下?

VSS应通过1个4．7μF的电解电容和1个0．1μF的瓷片电容接到模拟地，这样可保持供电电压的稳定。

（5）内部参考电压需要4．7μF和0．1μF的电容来并联旁路。如果用外部参考电压?就需要在紧挨着芯片处通过一个4．7μF电容旁路REFIN到模拟地? 也就是说，REFOUT必须保持旁路到模拟地或者接VDD。

（6）由于MAX155／MAX156的T／H放大器的输入阻抗很高，因此，通常不再需要输入缓冲电路。而且MAX155／MAX156的所有T／H可同时采样。为了得到最佳的转换结果，模拟输入不应高于VDD＋50 mV或低于VSS－50mV。

（7）采集一个通道的输入信号所需要的时间取决于通道输入电容充电的速度。如果输入信号的源阻抗很高，那么采集时间就比较长，在这种情况下，两次转换之间的间隔时间应长一些，采集时间一般不小于800ns。其采集时间tACQ的计算公式如下?

tACQ＝8?RS＋RIN?×4pF（不小于800ns）

其中，RIN应选为15kΩ，RS为输入信号源电阻

转换时间tCONV则可由下式决定：

tCONV＝?2×9N?／fCLK

其中，N是转换通道数，fCLK是外部时钟。

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