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1 概述 近年來，隨著數字信號處理技術的迅速發展和新理論、新算法的不斷涌現，加之數字信號處理器件性能的全面提高，使實際系統對模數轉換器的要求越來越高。因此，在實際的應用中，一般都要求模數轉換器必須同時具備很高的采樣率和精度、很大的動態范圍、極寬的頻率響應范圍和靈活的數字接口。 ADS5500是TI公司開發的一款14位分辨率、125Msps采樣速率的高性能模數轉換器，芯片為64引腳TQFP PowerPAD封裝。為實現更高的系統集成度，其內部還包括有寬帶寬的線性采樣/保持和內部基準電壓源的完整轉換解決方案。100MHz時ADS5500的信噪比(SNR)為70dB，無失真動態范圍(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。內部基準電壓源簡化了系統設計，并行CMOS兼容數據輸出接口確保了與普通邏輯電路的無縫連接，方便了與數字信號處理器的連接。其內部結構框圖示于圖1。 圖1 ADS5500的內部結構框圖 圖2 ADS5500工作信號時序 圖3 模擬輸入部分 2 設計考慮 ADS5500是一款低功耗、采樣率為125MSPS的14位流水線模數轉換器，僅需一個3.3V的單極性電源就可正常工作。數據轉換過程啟動于時鐘信號波形的上升沿，一旦模擬信號被轉換器的采樣/保持部分捕獲后，輸入信號的采樣過程被依序分割為一系列的流水線操作，使時鐘信號的上升沿和下降沿都能進行數據的轉換工作。從輸入模擬信號到輸出14位的數據需要16個時鐘周期的延遲。圖2給出了ADS5500輸入、輸出信號和時鐘波形的對應時序。 3 輸入配置 ADS5500的模擬輸入部分主要由一個差分跟蹤/保持放大器和開關電容組成(圖3)。 差分輸入技術確保了高采樣率條件下的高性能，同時也帶來了非常高的可用輸入帶寬，這一點對于某些中頻采樣或欠采樣應用尤為重要。 對于低頻輸入信號的輸入配置可以采用差分輸入/輸出放大器(如OPA695)，用來簡化前端驅動電路。這種配置的優點在于其具有較大的靈活性，放大器可用來完成模擬輸入信號的極性轉換(單極性~差分)、信號放大及ADC的前端預濾波等工作。 4 基準源電路 ADS5500的內基準電壓源簡化了電路板的電路布局，對此，板上可不用其它附加電路。但從優化性能的角度考慮，可在REFP和REFM引腳上各連接1個1mF的電容器并接地。此外，為更好設置芯片的工作電流，還應在IREF引腳上連接1個47Ω的電阻，并與AGND引腳相連(圖4)。 圖4 REFP、REFM和IREF引腳優化系統性能 圖5 時鐘輸入信號引腳連接電路 圖6 ADS5500構建實時圖像處理系統 5 時鐘輸入信號 芯片的時鐘輸入信號可以是單極性或差分信號，普通模式下，時鐘輸入信號的電壓幅值設置為1.5V，CLKP引腳、CLKM引腳各通過5kΩ電阻與CM引腳相連(圖5)。 從實用角度考慮，選用低抖動時鐘源并對其進行相應的帶通濾波可大大提高高頻采樣系統性能。芯片內部的ADC內核在時鐘信號波形的上升沿和下降沿都能進行數據轉換，進一步提高了芯片的工作效率。當無時鐘源或時鐘頻率低于10MSPS時，芯片將自動切換至休眠模式。 6 輸出選項 芯片產生14位的數據輸出信號(D13-D0)，1個數據就緒信號(CLKOUT引腳)和1個數據溢出指示位(OVR引腳，當輸出數據幅值超過最大值時，該位被置為1)。 通過改變DFS引腳電平可設置輸出信號的數據格式和時鐘輸出信號的極性。輸出信號的數據格式有直接二進制碼和二進制補碼兩種形式，而時鐘極性則表現為輸出數據在時鐘波形上升沿或下降沿有效。DFS引腳電平有四種選擇范圍，因而就有四種對應關系。表1給出了這四種模式的對應關系。 7 應用舉例 圖6是一個實時圖像處理系統，CCD傳感器把原始圖像(模擬信號)送至ADS5500高頻采樣，得到高精度的數字圖像信號，再通過高速同步FIFO送入到圖像處理單元，由數字信號處理器完成圖像的處理和壓縮，并將處理后的數據顯示在液晶顯示器或CRT顯示器上。 ADS5500接口簡單，使用方便、靈活，14位采樣精度，同時又有很高的轉換速度。在大多數需要高速數據采集和高精度測量的應用場合中，該芯片具有很強的實用性。 |
