高速ADC转换电路设计思路解析

第第页高速ADC转换电路设计思路解析（ADC）/（DAC）（（Analog）toDigitalConver（te）r/DigitaltoAnalogConverter，即（模数转换器）/（数模转换器））是大多数系统中必不可少的组成部件，用于将连续的（模拟）（信号）转换成离散的（数字信号），或者将离散的数字信号转换成连续的模拟信号，它们是连接（模电）电路和（数字电路）必不可少的桥梁。在很多场合下，（AD）C/DAC的转换速度甚至直接决定了整个系统的运行速度。

本篇博文为各位分享一种高速ADC和DAC转换电路。高速ADC选用（芯片）为：AD9280/3PA9280（两款芯片兼容），高速DAC选用芯片为：AD9708/3PD9708E（两款芯片兼容）。

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高速ADC转换电路

AD9280是（ADI）公司生产的一款单芯片、8位、32MSPS（MillionSamplesPerSecond，每秒采样百万次）模数转换器，具有高性能、低功耗的特点。

AD9280的内部功能框图如下图所示：

AD9280在（时钟）（CLK）的驱动下工作，用于控制所有内部转换的周期；AD9280内置片内采样保持（放大器）（SHA），同时采用多级差分流水线架构，保证了32MSPS的数据转换速率下全温度范围内无失码；AD9280内部集成了可（编程）的基准源，根据系统需要也可以选择外部（高精度）基准满足系统的要求。

AD9280输出的数据以二进制格式表示，当输入的模拟电压超出量程时，会拉高OTR（out-of-range）信号；当输入的模拟电压在量程范围内时，OTR信号为低电平，因此可以通过OTR信号来判断输入的模拟电压是否在测量范围内。

AD9280的时序图如下图所示：

模拟信号转换成数字信号并不是当前周期就能转换完成，从采集模拟信号开始到输出数据需要经过3个时钟周期。比如上图中在时钟CLK的上升沿沿采集的模拟电压信号S1，经过3个时钟周期后（实际上再加上25ns的时间延时），输出转换后的数据DATA1。需要注意的是，AD9280芯片的最大转换速度是32MSPS，即输入的时钟最大频率为32MHz。

AD9280支持输入的模拟电压范围是0V至2V，0V对应输出的数字信号为0，2V对应输出的数字信号为255。而AD9708经外部电路后，输出的电压范围是-5V~+5V，因此在AD9280的模拟输入端增加电压衰减电路，使-5V~+5V之间的电压转换成0V至2V之间。那么实际上对我们用户使用来说，当AD9280的模拟输入（接口）连接-5V电压时，AD输出的数据为0；当AD9280的模拟输入接口连接+5V电压时，AD输出的数据为255。

当AD9280模拟输入端接-5V至+5V之间变化的正弦波电压信号时，其转换后的数据也是成正弦波波形变化，转换波形如下图所示：

输入的模拟电压范围在-5V至5V之间，按照正弦波波形变化，最终得到的数据也是按照正弦波波形变化。

高速ADC转换（电路设计）思路如下所示：

高速ADC转换电路设计如下所示：

图中输入的模拟信号SMA_IN（VI）经过衰减电路后得到AD_IN2（VO）信号，两个模拟电压信号之间的关系是VO=VI/5+1，即当VI=5V时，VO=2V；VI=-5V时，VO=0V。

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高速DAC转换电路

AD9708是ADI公司（AnalogDevices，Inc.，亚德诺（半导体）技术有限公司）生产的TxDAC系列数模转换器，具有高性能、低功耗的特点。AD9708的数模转换位数为8位，最大转换速度为125MSPS（每秒采样百万次MillionSamplesperSecond）。

AD9708的内部功能框图如下图所示：

AD9708在时钟（CLOCK）的驱动下工作，内部集成了+1.2V参考电压(+1.20VREF)、（运算放大器）、（电流源）（CURRENTSOURCEARRAY）和锁存器（LATCHES）。两个（电流）输出端IOUTA和IOUTB为一对差分电流，当输入数据为0（DB7~DB0）时，IOUTA的输出电流为0，而IOUTB的输出电流达到最大，最大值的大小跟参考电压有关；当输入数据全为高点平（DB7~DB0=8’hff）时，IOUTA的输出电流达到最大，最大值的大小跟参考电压有关，而IOUTB的输出电流为0。AD9708必须在时钟的驱动下才能把数据写入片内的锁存器中，其触发方式为上升沿触发，AD9708的时序图如下图所示：

上图中的DBO-DB7和CLOCK是AD9708的8位输入数据和为输入时钟，IOUTA和IOUTB为AD9708输出的电流信号。由上图可知，数据在时钟的上升沿锁存，因此我们可以在时钟的下降沿发送数据。需要注意的是，CLOCK的时钟频率越快，AD9708的数模转换速度越快，AD9708的时钟频率最快为125Mhz。

IOUTA和IOUTB为AD9708输出的一对差分电流信号，通过外部电路低通（滤波器）与运放电路输出模拟电压信号，电压范围是-5V至+5V之间。当输入数据等于0时，AD9708输出的电压值为5V；当输入数据等于255时，AD9708输出的电压值为-5V。

AD9708是一款数字信号转模拟信号的器件，内部没有集成DDS（DirectDigitalSynthesizer，直接数字式频率合成器）的功能，但是可以通过控制AD9708的输入数据，使其模拟DDS的功能。例如，我们使用AD9708输出一个正弦波模拟电压信号，那么我们只需要将AD9708的输入数据按照正弦波的波形变化即可，下图为AD9708的输入数据和输出电压值按照正弦波变化的波形图。

由上图可知，数据在0至255之间按照正弦波的波形变化，最终得到的电压也会按照正弦波波形变化，当输入数据重复按照正弦波的波形数据变化时，那么AD9708就可以持续不断的输出正弦波的模拟电压波形。需要注意的是，最终得到的AD9708的输出电压变化范围由其外部电路决定的，当输入数据为0时，AD9708输出+5V的电压；当输入数据为255时，AD9708输出-5V的电压。

由此可以看出，只要输入的数据控制的得当，AD9708可以输出任意波形的模拟电压信号，包括正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。

高速DAC转换电路设计思路如下所示：

高速DAC转换电路设计如下所示：

图中输出的一对差分电流信号先经过滤波器，再经过运放电路得到一个单端的模拟电压