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(gè)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(hào)處理功能,，接收通道上的兩個(gè)帶數(shù)字濾波器的Σ-Δ型ADC合用一個(gè)能隙參考基準(zhǔn)?？刂艱AC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(mǎn)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Σ-Δ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(gè)通道,，分別由一個(gè)開(kāi)關(guān)電容濾波器和一個(gè)15位的ADC組成,。片內(nèi)的數(shù)字濾波器對(duì)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(kāi)關(guān)電容濾波器以13MHz的速率對(duì)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(gè)數(shù)字濾波器的時(shí)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(duì)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(shí)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(guò)程是用一個(gè)充電平衡的調(diào)制器以6.5MHz的速度對(duì)開(kāi)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(guò)高的過(guò)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(duì)噪音頻譜整形,。再利用數(shù)字濾波器對(duì)帶外噪音進(jìn)行處理，并同時(shí)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(gè)抽頭,，建立時(shí)間為44.7μs。我們已介紹了它的兩個(gè)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(diǎn)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(guò)程中產(chǎn)生的噪音；其次,，它不僅消除了低通的振鈴,，同時(shí)還保證了線(xiàn)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(hào)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(xiǎn)，AD7729專(zhuān)門(mén)為調(diào)制器和濾波器設(shè)置了一個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。它由幾個(gè)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2VREFCAP/32＋(2VREFCAP－2VREFCAP/32)×DAC/1023 ,。其中：VREFCAP是參考電壓。DAC是所要輸出的數(shù)字信號(hào),。
b.參考電壓和串行端口
REFCAP是一個(gè)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(bǔ)償,。參考電壓VREFCAP=1.3V,。主串行接口(BSPORT)和輔助串行接口(ASPORT)都是DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)兼容的串行端口。用戶(hù)可自由選擇寄存器與端口的連接方式,，還可通過(guò)調(diào)整SCLK的頻率來(lái)減小功耗,。
c. 讀/寫(xiě)操作
經(jīng)串行口對(duì)寄存器進(jìn)行的讀和寫(xiě)操作就是對(duì)16位字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)即10個(gè)數(shù)據(jù)位和6個(gè)地址位（Rx例外）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。必須對(duì)只讀寄存器給出一定的地址才能從中讀出對(duì)應(yīng)的的內(nèi)容,，寫(xiě)入和讀出的時(shí)間間隔大約為4個(gè)主時(shí)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(shuō)明見(jiàn)表1所列,。
3. 電路的調(diào)整
3.1 校準(zhǔn)
數(shù)字濾波器本身就是一種校準(zhǔn)方式,。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字低通濾波器的每個(gè)通道上都有一個(gè)偏置寄存器,。模擬電路中直流偏置的值便存在里面,。一般情況下，在數(shù)據(jù)進(jìn)入串行輸出引腳之前,，濾波器就已將寄存器的偏置信息清除,。因此可選用自校準(zhǔn)或用戶(hù)校準(zhǔn)來(lái)除去I和Q通道中的偏差。所不同的是自校準(zhǔn)只能消除內(nèi)部偏差,，而用戶(hù)校準(zhǔn)則可以通過(guò)寫(xiě)入偏置寄存器的信息來(lái)對(duì)外部偏差進(jìn)行校準(zhǔn),。偏置寄存器最多能容納162.5mV的直流偏置,，超范圍的輸入將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的輸出。然而,，當(dāng)帶有超過(guò)100mV偏置的信號(hào)進(jìn)入時(shí),，Σ-Δ調(diào)置器會(huì)自動(dòng)換檔。偏置寄存器中補(bǔ)碼的值與Rx的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示,。
AD7729有一個(gè)完整的自校準(zhǔn)程序：當(dāng)Rx被置位時(shí),，模擬電路和數(shù)字電路的穩(wěn)定需要時(shí)間TSETTLE。只有當(dāng)主控制寄存器A(BCRA)的RxAUTOCAL位處于高電平時(shí),，才開(kāi)始進(jìn)行校準(zhǔn),。在內(nèi)部自校準(zhǔn)模式下，AD7729用短路差動(dòng)輸入來(lái)測(cè)量ADC中的偏移值,；在外部自校準(zhǔn)模式下,，AD7729維持輸入的正常連接允許系統(tǒng)偏置的存在。RxDELAY1和RxDDELAY2分別為兩個(gè)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間,，當(dāng)RxDELAY2到時(shí)后，將會(huì)輸出15位的無(wú)效數(shù)據(jù),。
3.2 Rx的接收過(guò)程
當(dāng)Rx置位時(shí),，串行端口的SDO腳將以270k字的速率輸出Rx的數(shù)據(jù)。AD7729的輸出結(jié)果為16位,，即以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存在的數(shù)據(jù)位和一個(gè)志位（LSB）,，LSB用以區(qū)別I和Q。當(dāng)LSB=0時(shí),，輸出為I,，否則為Q。只要RxON處于高電平,，串行時(shí)鐘的頻率就保持為13MHz,，而與時(shí)鐘速率寄存器中的值無(wú)關(guān)。在SDO引腳自動(dòng)輸出Rx數(shù)據(jù)時(shí),，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生幀同步信號(hào),，間隔為48個(gè)主時(shí)鐘周期。輔助串行端口ASPORT和主串行端口BSPORT均能輸出數(shù)據(jù),，但用戶(hù)只能根據(jù)需要選擇其一,，并且不能同時(shí)在兩個(gè)端口間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
3.3 斷電
AD7729的每個(gè)部分都能被斷電,。Rx模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輔助數(shù)模轉(zhuǎn)換器可分別通過(guò)設(shè)定控制寄存器上的適當(dāng)位來(lái)斷電,。當(dāng)AD7729的每個(gè)部分都上電時(shí)，模擬電路和數(shù)字電路需要一個(gè)建立時(shí)間,，同時(shí)參考電壓VREFCAP也需要一個(gè)上電時(shí)間,。為減少上電所需時(shí)間,，可將LP置1而使ADC和DAC處于斷電模式，而REFCAP引腳將保持上電模式,，不需要上電和建立時(shí)間,，從而使上電穩(wěn)定工作所需的時(shí)間減小。ADC和DAC可通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂萍拇嫫鞣謩e斷電,，當(dāng)包括參考基準(zhǔn)在內(nèi)的所有元件都處于斷電狀態(tài)時(shí),，延遲64個(gè)時(shí)鐘周期后，主時(shí)鐘也停止工作,。
3.4 復(fù)位
引腳RESETB能復(fù)位所有的控制寄存器,， ASCLKRATE和BSCLKRATE的復(fù)位值為4，以保證ASCLK和BSCLK信號(hào)的頻率為MCLK的八分之一,，其余控制寄存器則被復(fù)位為0,。同時(shí)這些寄存器也能用主寄存器和輔助寄存器上的RESET位復(fù)位。所有的輔助寄存器通過(guò)給控制寄存器ACRB上的ARETSET位置高電平復(fù)位,，而主寄存器則通給控制寄存器BCRB上的BRETSET位置高電平來(lái)復(fù)位,，所需時(shí)間為4個(gè)主時(shí)鐘周期。復(fù)位后,，ARESET和BRESET的復(fù)位值為0,。寄存器 ARDADDR，BRDADDR,，ASCLKRATE,，BSCLKRATE只能用復(fù)位引腳RESETB復(fù)位，所需時(shí)間為8個(gè)主時(shí)鐘周期,?？刂萍拇嫫鞯墓δ芤?jiàn)表2所列。
4．接口舉例
AD7729還為用戶(hù)提供了與DSP兼容的標(biāo)準(zhǔn)串行端口,，由ADC的串行時(shí)鐘控制串行數(shù)據(jù)和I/O DSP信息,。
圖4為AD7729與ADI公司的ADSP－21xx的接口原理圖。對(duì)于ADSP－21xx,，串行端口的控制寄存器必須設(shè)置為T(mén)FSR=RFSR=1 （保證每個(gè)轉(zhuǎn)換器的幀同步）,，SLEN=15（16位字長(zhǎng)），TFSW=RFSW=0（正常幀同步）,，INVIFS=INVRFS=0（高有效的幀同步信號(hào)）,，IRFS=0（外部RFS），ITFS=1（內(nèi)部TFS）和ISCLK=0（外部串行時(shí)鐘）,。
AD7729是一種帶輔助DAC的雙路Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，它不僅具有噪音低，精度高,，工作速度快等優(yōu)點(diǎn),，并且可與多種DSP接口,，通用性很強(qiáng)。所以該器件是新一代理想的數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件,，可廣泛應(yīng)用于通訊,、多媒體和高性能儀器中。