高速DAC AD9712B/AD9713B的原理和應用
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摘要：AD9712B/AD9713B是一款12位的ECL/TTL兼容高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，是針對DDS、信號重構(gòu)、高質(zhì)量圖像信號處理等應用而專門設(shè)計的。該芯片具有小的毛刺和快速建立時間，以及良好的動態(tài)性能和諧波抑制能力，因而在各種信號產(chǎn)生設(shè)備中有著大量的應用。文章介紹了該芯片的結(jié)構(gòu)和原理，同時給出了一個AD9713B在雷達視頻信號處理中的應用實例。
關(guān)鍵詞：DAC AD9712B/AD9713B 視頻信號
在為線性調(diào)頻的雷達視頻目標產(chǎn)生模擬信號的過程中，為了得到高質(zhì)量的視頻模擬信號，其前端通常采用數(shù)字信號處理或DSP+FPGA的結(jié)構(gòu)來設(shè)計，然后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和低通濾波以生成視頻目標模擬信號。而后端所選用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的性能優(yōu)劣對信號的質(zhì)量有著極為重要的影響。
AD9712B/AD9713B是AD9712/AD9713的替代產(chǎn)品，為12位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器。同AD9712/AD9713相比，該器件具有更好的靜態(tài)性能和動態(tài)特性。其中AD9712B與ECL兼容，更新速率可達10MSPS；而AD9713B則與TTL兼容，更新速率可達80MSPS。由于該D/A轉(zhuǎn)換器是針對DDS、波形重構(gòu)和高質(zhì)量圖像信號處理等應用而設(shè)計的，因此，這兩款芯片在動態(tài)特性方面表現(xiàn)特別突出，并且具有優(yōu)良的諧波抑制能力。本文選用AD9713B來輸出雷達視頻目標模擬信號。
1 AD9712B/AD9713B的主要特點
AD9712B的數(shù)據(jù)輸入口D1～D12和使能口LATCH ENABLE與ECL兼容，內(nèi)部ECL參考節(jié)點也與10K ECL器件相匹配。而在AD9713B中，每個輸入口均加進了TTL轉(zhuǎn)換單元。除這點以外，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；
●與ECL/TTL兼容；
●無雜散動態(tài)范圍SFDR為70dBc(1MHz)；
●毛刺電壓低至28Pv-s；
●建立時間快（27ns）；
●低功耗：725mW；
●1/2LSB DNL (B Grade)；
●具有40 MHz乘積帶寬。
2 AD9712B/AD9713B的結(jié)構(gòu)功能
圖1為AD9712B/AD9713B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，由圖可見，該芯片主要由解碼/驅(qū)動電路、傳輸鎖存器、開關(guān)網(wǎng)絡、可調(diào)放大器四個子模塊構(gòu)成。此外，其片內(nèi)包含的內(nèi)部電壓參考源也進一步減少了外圍接口器件的數(shù)量。
AD9712B/AD9713B高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器利用MSB（Most Significant Bit）解碼和分割技術(shù)來減少毛刺，并可獲得12位的線性特性。D1～D4被解碼后可用來驅(qū)動15個離散的電流源，D5和D6已經(jīng)過二進制量化，D7～D12用于R-2R電阻網(wǎng)絡。這種分段結(jié)構(gòu)可減少因為毛刺引起的頻率誤差。
AD9712B/AD9713B的內(nèi)部參考源可提供1.18V的參考電壓，而其開關(guān)網(wǎng)絡則用于提供互補的輸出電流IOUT和IOUT。兩款器件均采用28腳DIP和PLCC封裝形式?，F(xiàn)將各引腳的功能說明如下：
D1～D12:12Bits數(shù)字信號輸入腳；
DIGITAL-Vs:-5.2V數(shù)字電源輸入端；
ANALOG RETURN：模擬地反饋，通常接地；
IOUT:模擬電流輸出，滿量程時對應全‘1'輸入；
ANALOG - Vs:- 5.2V模擬電源輸入端；
IOUT：互補模擬電源輸出端，0幅值輸出時對應全‘1'輸入；
REFERENCE IN：通常接到CONTROL AMP OUT端口，該引腳上的電壓變化對滿量程輸出值有著直接的影響；
CONTROL AMP OUT：內(nèi)部可調(diào)放大器輸出，用于給電流開關(guān)網(wǎng)絡提供一個償驅(qū)動輸出；
CONTROL AMP IN：在沒有接外部參考源時，通常接到REFERENCE OUT腳；
REFERENCE OUT：內(nèi)部參考電壓（-1.18V），通常接到CONTROL OUT腳；
REFERENCE GROUND：內(nèi)部參考電壓源和放大器的返回地；
DIGITAL+Vs:+5V數(shù)字電壓輸入端；
圖2
RSET：外部阻抗參考，當采用內(nèi)部放大器時，滿量程電流輸出為128（Reference Voltage/Rset）該腳的外接電阻通常取7.5kΩ；
LATCH ENABLE：數(shù)據(jù)傳輸使能口，低電平有效；
DIGITAL GROUND：數(shù)字地。
3 AD9712B/AD9713B的應用
AD9712B/AD9713B主要用于ATE、信號重構(gòu)、任意波形產(chǎn)生、數(shù)字頻率綜合、信號產(chǎn)生等設(shè)備中。下面以AD9713B在某線性調(diào)頻雷達視頻目標模擬信號產(chǎn)生單元中的應用為例，介紹該芯片在實際應用中的電路設(shè)計方法。
3.1 AD9713B的外圍電路設(shè)計
該設(shè)計要求輸出六路相位相同的雷達視頻目標模擬信號，分別為：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。這六條支路的電路結(jié)構(gòu)完全相同，因而可以借結(jié)構(gòu)的對稱性保證各支路間相位的一致。下面以同相和支路為例說明該芯片的應用。
在同相和支路中，前端DSP+FPGA的輸出數(shù)據(jù)被送入DAC芯片AD9713B，數(shù)據(jù)的采樣速率為60MHz。AD9713B的輸出模擬信號為+1.5V的脈沖信號。
AD9713B的典型應用電路如圖2所示。
為了獲得12位的線性精度和較高的更新速率，可在模擬電源和數(shù)字電源端加上一個0.1μF和一個0.01μF的濾波電容，并在電路板上單獨為并行結(jié)構(gòu)的六片DAC留出一個地層，所有的地連同參考電壓源和模擬輸出器件的地都應直接連到這個地層上。DAC的地層則應在頻率較高處的某一點被連接到系統(tǒng)地上。
圖2電路利用了AD9713B的內(nèi)部參考源，設(shè)計時可將REFERENCE PUT（Pin 20）引腳接到AMP IN（Pin 19）腳，再將AMP OUT（Pin 18）通過一個20Ω的電阻接到REFERENCE IN（Pin17）腳，0.1μF的瓷片電容接在17腳和15腳之間，可用來消除切換噪聲。
滿量程電流輸出是由VCONTROL AMP IN 和RSET決定的，公式如下：
IOUT(FS)=128(VCONTROL AMP IN/RSET)
如果內(nèi)部參考電壓VCONTROL AMP IN為-1.18V，RSET為7.5kΩ，則輸出電壓VOUT為1.51V。
為了在AD9713B的輸出端獲得較高的信號質(zhì)量，還應濾除輸出信號中的鏡像信號分量。如要求數(shù)據(jù)采樣速率為60MHz，假設(shè)雷達視頻目標模擬信號的頻帶為0～8MHz，則AD9713B輸出信號的頻帶（包含有鏡像分量）將為（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，設(shè)計時應選用合適的低通濾波器件來濾除鏡像信號。
確定雷達視頻目標模擬信號的頻帶范圍是選取低通濾波器件的關(guān)鍵。本文運用Matlab6.5軟件對雷達視頻目標模擬信號進行了仿真分析。仿真結(jié)果如圖3所示。
由仿真結(jié)果要以看出，本設(shè)計中，雷達視頻目標模擬信號的頻帶范圍大約為0～10MHz，距離最近的鏡像信號出現(xiàn)在50～60 MHz頻率處。所以，選取3dB通帶為10.7MHz的低通濾波器就可以很好地將鏡像信號濾除。
4 總結(jié)
本文介紹的高速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD9712B/AD9713B適應于信號重建、波形產(chǎn)生和頻率綜合等對數(shù)模轉(zhuǎn)換器要求較高的應用場合。根據(jù)需要可以選取差分輸出或單端輸出，也可以選用外部參考源或內(nèi)部參考源，而且滿量程輸出電流可調(diào)。實際應用表明，配合適當?shù)牡屯V波器件，該芯片可以輸出較高質(zhì)量的模擬信號。
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