帶輔助DAC的雙路Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的原理及應(yīng)用

1. 內(nèi)部框圖
　　AD公司新近推出的這種帶輔助DAC的雙路Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個完整的15位CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。它采樣速率高，功耗低，且輸入端兼有信號處理功能，接收通道上的兩個帶數(shù)字濾波器的Σ-Δ型ADC合用一個能隙參考基準(zhǔn)?？刂?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/DAC">DAC可執(zhí)行AFC的功能，其它輔助功能可以從輔助串行端口獲得，以滿足器件多方面的性能要求。
　　圖1所示為AD7729的內(nèi)部框圖。AD7729主要有兩大部分組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輔助數(shù)模轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器由ΣΔ型ADC、數(shù)字濾波器、偏移調(diào)整和主串行通訊接口組成；數(shù)模轉(zhuǎn)換器由10位輔助DAC、輸出緩沖器和輔助串行接口組成。

1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器
　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分有I和Q兩個通道，分別由一個開關(guān)電容濾波器和一個15位的ADC組成。片內(nèi)的數(shù)字濾波器對系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵作用，它們的幅頻和相頻響應(yīng)特性保證了相鄰?fù)ǖ篱g的相互干擾有極好的抑制性。
　　a. Σ-Δ型ADC
　　開關(guān)電容濾波器以13MHz的速率對接收的模擬量進(jìn)行采樣，其頻率響應(yīng)如2(a）所示。接收通道上的另一個數(shù)字濾波器的時鐘頻率為6.5MHz，其頻率響應(yīng)特性如圖2(b）所示。兩濾波器對應(yīng)的綜合頻率響應(yīng)如圖2(c）所示。AD7729的接收通道采用了Σ-Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)，在片內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)濾波，從而保證了I和Q 端15位的高精度輸出。具體工作過程是用一個充電平衡的調(diào)制器以6.5MHz的速度對開關(guān)電容濾波器的輸出進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字脈沖串。過高的過采樣速率能分散0?.25MHz的量化噪音，并使它在所關(guān)心的頻帶中減小。然后用一高階的調(diào)制器對噪音頻譜整形。再利用數(shù)字濾波器對帶外噪音進(jìn)行處理，并同時把數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)化成并行的15位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

　　b. 數(shù)字濾波器
　　它有288個抽頭，建立時間為44.7μs。我們已介紹了它的兩個重要功能：系統(tǒng)的濾波功能和消除帶外量化噪音功能。由此可以看出,它有兩點優(yōu)于模擬濾波器：首先，由于它位于ADC之后，消除A/D轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的噪音；其次，它不僅消除了低通的振鈴，同時還保證了線性相位響應(yīng)。雖然這些功能都是模擬濾波器很難達(dá)到的，但模擬濾波器卻消除了A/D轉(zhuǎn)化前信號中所帶的噪音。由于噪音的波峰有使模擬調(diào)制解調(diào)器達(dá)到飽和的危險，AD7729專門為調(diào)制器和濾波器設(shè)置了一個超范圍裕度，允許有100mV的超范圍漂移。
1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器
　　a.輔助控制功能
　　該功能是由輔助DAC來實現(xiàn)的。它由幾個高阻抗電流源組成，后接很輕的負(fù)載以保證它的直流精度。輔助DAC帶有輸出放大器，可以允許10kΩ的負(fù)載電阻。DAC的模擬輸出為2V_REFCAP/32＋(2V_REFCAP－2V_REFCAP/32)×D_AC/1023 。其中：V_REFCAP是參考電壓。D_AC是所要輸出的數(shù)字信號。
　　b.參考電壓和串行端口
　　REFCAP是一個能隙參考基準(zhǔn)，不僅噪音低，還可為ADC和輔助DAC提供溫度補償。參考電壓V_REFCAP=1.3V。主串行接口(BSPORT)和輔助串行接口(ASPORT)都是DSP(數(shù)字信號處理器)兼容的串行端口。用戶可自由選擇寄存器與端口的連接方式，還可通過調(diào)整SCLK的頻率來減小功耗。
　　c. 讀/寫操作
　　經(jīng)串行口對寄存器進(jìn)行的讀和寫操作就是對16位字長的數(shù)據(jù)即10個數(shù)據(jù)位和6個地址位（Rx例外）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。必須對只讀寄存器給出一定的地址才能從中讀出對應(yīng)的的內(nèi)容，寫入和讀出的時間間隔大約為4個主時鐘周期。
2. 引腳
　　AD7729采用28引腳TSSOP和28腳SOIC兩種封裝形式。其引腳說明見表1所列。