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美國國家半導體公司的超高速ADC-ADC08D1000是一款高性能的模／數轉換芯片。它具有雙通道結構，每個通道的最大采樣率可達到1．6 GHz，并能達到8位的分辨率；采用雙通道“互插”模式時，采樣速率可達2 GSPS；采用128腳LQFP封裝，1．9 V單電源供電；具有自校準功能，可通過普通方式或擴展方式對其進行控制；可工作在SDR，DDR等多種模式下。下面對該芯片進行詳細介紹。 1 ADC08D1000的結構和管腳說明 1．1 ADC08D1000的結構 ADC08D1000的結構如圖1所示，主通道由輸入多路模擬開關、采樣保持電路、8位ADC和1：2分離器／鎖存器組成。它共有兩路相同的通道。控制邏輯由普通方式或擴展方式進行配置，對整個芯片進行控制。 1．2 ADC08D1000的管腳說明 ADC08D500采用128腳LQFP封裝，管腳圖見圖2。 其關鍵管腳說明如下： (1)OUTV／SCLK：輸出電壓幅度／串行接口時鐘。高電平時，DCLK和數據信號為普通差分幅度；接地時，差分幅度會降低，從而減少功耗。當擴展控制模式開啟時，此腳為串行時鐘腳。 (2)OUTEDGE／DDR／SDATA：DCLK時鐘沿選擇／DDR功能選擇／串行數據輸入。當此腳連接到1／2 VA或者懸空時，進入DDR模式。擴展控制模式時，這個腳作為SDATA輸入。 (3)DCLK_RST：DCLK的復位。一個正脈沖可以復位和同步多片ADC中的DCLK輸出。 (4)PD／PDQ：低功耗模式管腳。邏輯高電平加在此腳會使芯片進入休眠狀態，當邏輯高電平加在PDQ上只會使Q通道ADC進入休眠狀態。 (5)CAL：校準過程初始化引腳。 (6)FSR／ECE：全量程選擇以及擴展控制模式選擇，在非擴展控制模式，邏輯低電平會把全量程差分輸入范圍(峰峰值)設置為650 mV；邏輯高電平會把全量程差分輸入范圍(峰峰值)設置為870 mV。當此腳連接到1／2VA或者懸空時，進入擴展控制模式。 (7)CLK+／CLK-：ADC的LVDS時鐘輸入。這個差分時鐘信號必須是交流耦合的。輸入信號將在CLK+的下降沿被采樣。 (8)VINI+／VINI-／VINQ+／VINQ-：ADC的模擬輸入腳。 (9)CalRun：校準運行指示。高電平有效。 (10)DI／DQ／DId／DQd：I通道和Q通道的LVDS數據輸出。 (11)OR+／OR-：輸入溢出指示。 (12)DCLK+／DCLK-：差分時鐘輸出，用于將輸出數據鎖存。延遲和非延遲輸出數據與此信號同步。當工作在SDR模式時，這個信號的速率為1／2輸入時鐘速率；當工作在DDR模式時，這個信號為1／4輸入時鐘速率。 2 ADC08D1000的功能描述 2．1 自校準 自校準在上電后運行，也可以由用戶引發。在量程轉換或溫度有較大變化時需要運行自校準，建議在上電20 s后進行。在休眠模式時，不能進行自校準。 正常操作下，上電或用戶觸發都能引發自校準。用戶觸發時，使CAL為至少10個周期的低電平加上至少10個周期高電平，自校準的運行時間大概為140 000個時鐘周期，注意在上電時保持CAL為高可以阻止自校準的發生。自校準運行時，CALRUN為高。自校準時，CALDLY不能懸空。 2．2 采樣 數據在CLK+的下降沿被采得，13個周期后在DI／DQ得到，14個周期后在DId／DQd得到，還要加上一個小的延時，只要CLK給出，就開始采樣。 2．3 控制模式 一些基本的控制都能通過普通模式來設置，比如自校準、休眠模式和量程設置等。ADC08D500還提供擴展控制模式，借助串行接口來配置芯片內部的寄存器，擴展控制模式不能動態地選擇。使用擴展模式時，引腳控制被忽略。控制模式通過14腳(ECE)來選擇。 2．4 時鐘 CLK必須為交流耦合的差分時鐘。DCLK用來送給外部器件來鎖存數據，可以選擇采樣方式(SDS／DES)和數據輸出方式(SDR／DDR)。 (1)DES雙邊沿采樣。雙邊沿采樣時，用雙通道對同一個輸入信號采樣，一個在上升沿采樣，另一個在下降沿采樣，因此相當于兩倍的采樣率。在這種模式下，輸出的并行4 B數據，按時間先后順序為DQd，DId，DQ，DI。普通控制模式時，只能對I路進行雙邊沿采樣，擴展控制模式時，可以選擇I路或Q路。 (2)輸出邊沿設置。在SDR模式下，通過設置OutEdge(Pin14)來選擇輸出數據在上升沿還是下降沿鎖存，高電平為上升沿，低電平為下降沿。 (3)DDR。可以通過對4腳進行設置來選擇輸出方式，高電平為SDR上邊沿鎖存，低電平為SDR下邊沿鎖存，懸空為DDR。SDR時DCLK頻率與數據輸出率一致，DDR時DCLK頻率為數據輸出率的一半。 3 ADC08D1000的控制 3．1 普通控制 普通控制方式主要是對對應管腳的電平設置，主要有CAL，CALDLY，FSR，OUTEDGE，OUTV，PD和PDQ等方式。以雙邊沿采樣、650 mV(峰峰值)、低邊沿SDR非低功耗模式為例，用VHDL語言對其進行配置。為了保證采樣精度，考慮到實際應用中的發熱及環境變化等因素，采用初始化延時的方法，利用芯片本身的自校準功能予以解決，普通模式下的程序如下： 3．2 擴展控制 3．2．1 控制字格式 當FSR／ECE腳連接到1／2 VA或者懸空時，進入擴展控制模式。擴展控制接口包括3個管腳：SCLK，SDATA，SCS，用來配置8個只寫寄存器。 SCS：當寫一個寄存器時，此腳應置低。 SCLK：最大為100 MHz，在上升沿寫數據。 SDATA：寫每個寄存器需要32位數據，包括頭、地址和寄存器值。從最高位開始移入，格式為000000000001(頭12位)+4位地址+16位數據。地址和值的含義請見寄存器描述部分。寫各寄存器時不用間斷，可以在第33個脈沖時繼續寫下一個寄存器。 3．2．2 寄存器描述 用于擴展控制的寄存器共有8個，分別描述如下： (1)配置寄存器(地址1h) 位15：必須為“1”。 位14：必須為“0”。 位13：必須為“1”。 位12：DCS，占空比穩定器。當該位置“1”時，一種占空比穩定電路應用到CLK上，使輸入時鐘更穩定。默認為“1”。 位11：DCP，DDR時鐘相位。此位只有在DDR模式下才有效。當本位為“0”時，DCLK的邊沿與數據的邊沿同相；當本位為“1”時，DCLK的邊沿與數據的邊沿同差180°(在數據的中間)，默認為“O”。 位10：Nde，DDR使能。當此位為“0”時，為DDR模式。此時輸出數據在DCLK的上升沿和下降沿輸出。當此位為“1”時，為SDR模式，默認為“0”。 位9：OV，輸出電壓。此位決定LVDS輸出電壓(峰峰值)的幅度，置“1”時，為600 mV，置“0”時，為450 mV，默認為“1”。 位8：OE，輸出邊沿。此位決定在SDR模式下數據的輸出邊沿。置“1”時，輸出數據在DCLK+的上升沿變化；置“0”時，輸出數據在DCLK+的下降沿變化； 默認為“0”。 位7：0，必須為“1”。 (2)I通道偏置(地址2h) 位15：8，偏置值：I通道的輸入偏置值；00h為0偏置，FF為45 mV；步進為0．176 mV；默認為00h位7：符號位。“0”為正偏置，“1”為負偏置，默認為“0”。 位6：0，必須為“1”。 (3)I通道滿量程電壓調整(地址3h) 位15：7，滿量程電壓調整值，滿量程電壓隨此值(峰峰值)單調線性變化。 0000 0000 0 560 mV 1000 0000 0 700 mV 1111 1111 1 840 mV 默認值為1000 0000 0； 位6：0，必須為“1”。 (4)Q通道偏置(地址Ah) 與I通道偏置定義相同。 (5)Q通道滿量程電壓調整(地址Bh) 與I通道滿量程電壓調整定義相同。 (6)DES使能(地址Dh) 位15：DES使能：置“1”配置雙邊沿采樣模式。置“0”配置單邊沿采樣模式。默認為“0”。 位14：自動時鐘相位控制。置“1”時打開自動時鐘相位控制，此時，DES粗調和微調失效。一個相位檢測電路被用來保證I路和Q路的采樣邊沿相差180°。置“O”時關閉自動時鐘相位控制，I路和Q路的采樣邊沿相位差由DES粗調和微調值來設定，默認為“0”。 位13：0，必須為“1”。 (7)DES粗調(地址Eh) 位15：輸入選擇，置“0”時I路用于雙邊沿采樣，置“1”時Q路用于雙邊沿采樣。默認為“0”。 位14：調整方向選擇，置“0”時，I路滯后于Q路； 置“1”時，Q路滯后于I路。默認為“0”。 位13：11：粗調幅度，步進為20 ps。默認為“000”。 位10：0：必須為“1”。 (8)DES微調(地址Fh) 位15：7，微調幅度。步進為0．1 ps。默認為00h。 位6：0，必須為“1”。 以雙邊沿采樣、650 mV(峰峰值)、低邊沿SDR非低功耗模式為例，用VHDL語言配置如下： 4 結 語 ADC08D1000在滿足超高速采樣的情況下各種性能都有很好的表現。采樣精度高，出錯概率小，功耗較低，正常運行下功耗不超過1．6 W，低功耗模式下不超過20 mW。工作模式靈活，可以根據需要配置成多種工作方式。在衛星機頂盒、測量儀器、射頻采樣等中高端的各種需要高速采樣的場合值得推薦使用。 |
