高速模数转换器AD9057在数字化超声波探伤仪中的应用

1、 2008年 第 4期仪 表 技 术 与 传 感 器I nstru ment Technique and Sens or 2008No 14 收稿日期 :2007-06-11 收修改稿日期 :2007-12-12高速模数转换器 AD9057在数字化超声波探伤仪中的应用丛培田 , 韩 辉 , 刘玉梅(沈阳理工大学 , 辽宁沈阳 110168 摘要 :高速模数转换器是数字化超声波探伤仪中的关键部件 , 重点介绍在数字化超声波探伤仪的数据采集系统中 8位高速模数转换器 AD9057的应用 , 主要涉及 AD9057的主要性能特点和它在数据采集电路中的分时存取系统中的应用 以及其中的关键技术与方法 。

2、关键词 :高速数据采集 ; AD9057; 超声波探伤 ; 噪声中图分类号 :TG878 文献标识码 :B 文章编号 :1002-(04-Appli ca ti on of H i gh 2to i g it AD i g it D etectortian, HAN Hui, L I U Yu 2mei(L i gong Un i versity, Shenyang 110168, Ch i n aAbstract:This paper intr oduced the app licati on of AD9057, the 8bit high 2s peed anal og 2t o 2di

3、gital converter, in digital ultra 2s onic fla w detect or . It mainly described the converter such as the features, the app licati on in data access ti m e 2sharing system and the key technol ogy and methods .Key words:high 2s peed data collecti on; AD9057; ultras onic fla w detect or; noise 0 引言超声波

4、检测技术是当今无损检测技术领域中的一种非常 重要的手段和方法1。 当前 , 超声波检测仪器的研制也已进入到数字化阶段 。 在数字化超声波探伤仪研制中 , 模数转换器是 仪器中的核心器件之一 。 高速模数转换器的性能直接影响到 超声波探伤仪在超声检测中的精度 。数字化超声波探伤仪器 中 AD9057, 它具有速度高 、 功耗低 、 体积小 、 价格低等优点 。1 AD9057的应用背景数字化超声波探伤仪的信号采集系统原理结构图如图 1所示 ,超声波探伤仪的前置接收电路接收到的超声回波信号是图 1 超声波探伤仪的信号采集系统结构连续信号 , 频率范围为 01415MHz . 这里选用的是采样速率为

5、40MHz 的 AD9057。 采样时 A /D的时钟处于自由运行状态 , A /D 转换后的数据经过数据存储驱动器存入数据存储器中 , CP U控制数据驱动器的工作 , 当数据存储驱动器有效工作时 (高电 平 , 此时数据读取驱动器不工作 (低电平 , 采样数据存入缓冲 存储器中 ; 当数据存完后 , CP U 使数据存储驱动器停止工作 (低电平 , 将数据读取驱动器打开 (高电平 , 然后由 CP U 读取缓 存中的数据进行数据处理 。存储地址选择器与数据存储驱动 器同步工作 ; 读取地址选择器与数据读取驱动器同步工作 。 这 样 CP U 通过控制端的高低电平转换 , 来控制数据的存储与

6、读 取 , 从而实现了对数据的分时存取 。2 AD9057在数字化超声波探伤仪中的应用 2. 1 AD9057主要性能特点2(1 (内 含 8位低功耗模数转换器 ;(2 片内带有 215V 基准电压源和跟踪保持电路 ; (3 采用单一 +5V 电源供电 ;(4 适用 +5V 或 +3V 供电的数字逻辑系统 ; (5 1V 峰 峰值 (V p -p 模拟电压输入 ; (6 具有 40MHz 、 60MHz 、 80M z 3种速率等级 ; (7 具有 120MHz 模拟信号带宽 。 2. 2 数据采集电路 :数据采集电路如图 2所示 , AD9057的模拟信号输入为单 级输入 , 输入内阻约 1

7、50k . 模拟信号首先在输入端缓冲 , 然 后提供给跟踪 /保持电路 , 该电路能在整个数据转换期间保持输入信号的稳定 。 在 AD9057的输入端必须提供一个约 +215V (±10%误差 的直流偏置电压 , 这样模拟输入信号的峰 -峰值 、 中心值 、 电压范围如下 : 峰 -峰值 :V RANGE (P -P =V RAN I N /215;中心值 :V M I D S C ALE =V RAN I N ;电压上限 :V T OP =V RAN I N +V RANGE /2;电压下限 :V BOTT O M =V RAN I N -V RANGE /2.AD9057具有一个

8、稳定的高精度的内 +215V 基准电压 , 由 V REF OUT 脚输出 , 可以直接输入到 V REF I N 脚 ,但是必须注意在参考 第 4期丛培田等 :高速模数转换器 AD9057在数字化超声波探伤仪中的应用65 图 的数据采集电路。 2, 如果使 用内建电压 , -峰值 、 中心值 、 电压范围 为 :峰 -峰值 V RANGE (P P =1V; 中心值 V M I D S C ALE =215V; 电压上 限 V T OP =310V; 电压下限 V BOTT O M =210V.AD9057的 E NCODE 端为采样时钟的输入端 , 输入的时钟信号应该作为模拟信号来处理 ,

9、 并远离其它模拟和数字信号 , 以免引起噪声干扰 。 40MHz 晶振产生的时钟信号在靠近 AD 的地方采用高速缓冲器 74F00来改进时钟的性能 , 从而减少过 冲和振铃干扰 , 进一步提高高速模数转换器的性能 3。高速采 样的时序如图 3所示。 图 3 采样时序图从图 3中可知4:t V 为输出有效时间 , t pD 为输出延时时间 。在采样时钟的上升沿 , 采样保持器进入保持状态 , 并且开始 A /D 转换 , 经过孔径时间 t A =217ns 后 , 数据端开始输出数据 , 经过一个 t EH (脉冲高电平持续时间 , 最大值 166ns 的时间间隔后 , 采样结束 ; 在 t E

10、 L (脉冲低电平持续时间 , 最大值 166ns 的时 间间隔 , A /D转换器处于保持状态 ; 经过这样一个 t EH +t E L 时钟 周期后 , 一次转换周期结束 。当下一个上升沿来到时 , 开始下 一次采样 , 即转换一结束就开始下一次采样 。在 AD9057中有4个速率为 10M SPS 的 A /D转换器同时工作 , 当第 1个 A /D转换器开始转换的时候 , 此时第 4个 A /D转换器刚好转换完成 , 输出第 4个转换结果 , 以此类推 , 就形成 4级流水结构 , 实现AD9057的 40MSPS 转换速率5, 这样可以获得较高的分辨率 。2. 3 应用 AD9057

11、的关键技术点在使用 AD9057上虽然简单易用 , 但是在数字化超声波探 伤仪实际使用中必须注意几个关键点 :(1 电源的选择 :电源的噪声问题不容忽视 , 最好选用低噪声的线性电源 , 如三端稳压器 7805、 7812等 。 一般不选用开关 电源作高速模数转换器的电源 , 因为开关电源的噪声很大而且 很难去除 。(2 电源的去耦 :在模拟电源 、 数字电源 、 基准电源等和各 自的地线之间都应该使用 0. 1F 的电容和容值大的双极性电 容并联 , 达到去除高频耦合信号的目的 。 同时注意去耦电容尽 量靠近高速模数转换器 。(3 采样时钟信号的处理 :应该作为模拟信号来处理 , 并远 离其

12、它模拟和数字信号 , 以免引起噪声干扰 , 在靠近 AD 的地方 用 74F00来改进时钟的性能 , 从而减少过冲和振铃干扰 。 时钟 信号的稳定性直接影响高速模数转换器的性能 。(4 数字接口的电路的处理 :数字接口电路用数字输出数 据锁存器 74F574, 使其尽量靠近 AD9057, 以减少电容性负载 , 过大的电容性负载可能会增加高速模数转换器的内部噪声 。(5 数字信号地和模拟信号地尽量分隔开 , 有助于消除电 容性耦合和干扰 。3 结束语重点介绍了高速模数转换器 AD9057在数字化超声波探伤仪 中的使用 , 详细描述了 AD9057的性能特点和具体的使用 , 特别强调了在实际使用中应该注意对噪声信号的处理 , 从而提高转换精 度的问题。 为今后使用高速模数转换器提供了宝贵的经验。 参考文献 :1 超声波探伤 编写组 . 超声波探伤 . 北京 :电力工业出版社 , 1980:355-380.2 刘铁兵 , 汤黎明 , 凌刚 . 高速模数转换器 AD9057原理与应用 . 国外电子元器件 , 2001(10 :54-56.3 Anal og De V ice 公司 . AD