AD9740：高性能10位210 MSPS TxDAC? D/A轉(zhuǎn)換器的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能對于眾多應(yīng)用的成功至關(guān)重要。今天，我們將深入探討Analog Devices推出的AD9740，一款10位、210 MSPS的TxDAC? D/A轉(zhuǎn)換器，它在性能、低功耗等方面表現(xiàn)出色，適用于多種通信和儀器儀表應(yīng)用。

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一、AD9740概述

AD9740是TxDAC系列的第三代成員，屬于高性能、低功耗的CMOS數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器。該系列包括8位、10位、12位和14位的DAC，引腳兼容，專門為通信系統(tǒng)的發(fā)射信號路徑進(jìn)行了優(yōu)化。AD9740能夠支持高達(dá)210 MSPS的更新速率，同時(shí)具備出色的交流和直流性能。

1.1 特性亮點(diǎn)

• 高性能與低功耗：在3.3 V電源下，功耗僅為135 mW，還有功耗低至15 mW的掉電模式，適合便攜式和低功耗應(yīng)用。若降低滿量程電流輸出，功耗可進(jìn)一步降至60 mW，不過性能會有輕微下降。
• 出色的動態(tài)范圍：在5 MHz輸出、125 MSPS時(shí)，信噪比（SNR）可達(dá)65 dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）性能優(yōu)秀。
• 靈活的數(shù)據(jù)格式：支持二進(jìn)制補(bǔ)碼或直接二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式。
• 多樣的輸出與接口：提供2 mA至20 mA的差分電流輸出，具備CMOS兼容的數(shù)字接口。
• 多種封裝選擇：有28引腳SOIC、28引腳TSSOP和32引腳LFCSP封裝。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

• 寬帶通信發(fā)射通道：滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
• 基站與無線本地環(huán)路：提供穩(wěn)定可靠的信號轉(zhuǎn)換。
• 數(shù)字無線電鏈路：確保信號的高質(zhì)量傳輸。
• 直接數(shù)字合成（DDS）：實(shí)現(xiàn)精確的信號生成。
• 儀器儀表：為高精度測量提供支持。

二、技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

2.1 功能框圖與工作原理

AD9740由DAC、數(shù)字控制邏輯和滿量程輸出電流控制組成。DAC包含一個(gè)PMOS電流源陣列，可提供高達(dá)20 mA的滿量程電流（IOUTFS）。該陣列分為31個(gè)相等的電流源構(gòu)成5個(gè)最高有效位（MSBs），接下來的4位由15個(gè)相等的電流源組成，其值為MSB電流源的1/16，剩余的最低有效位（LSBs）是中間位電流源的二進(jìn)制加權(quán)分?jǐn)?shù)。

所有電流源通過PMOS差分電流開關(guān)切換到兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)（IOUTA或IOUTB）。這種開關(guān)架構(gòu)減少了開關(guān)瞬態(tài)引起的失真，降低了各種定時(shí)誤差，并為差分電流開關(guān)的輸入提供匹配的互補(bǔ)驅(qū)動信號。

2.2 參考操作

AD9740內(nèi)部包含一個(gè)1.2 V的帶隙基準(zhǔn)。內(nèi)部基準(zhǔn)不能禁用，但可輕松被外部基準(zhǔn)覆蓋，且不影響性能。REFIO引腳根據(jù)使用內(nèi)部或外部基準(zhǔn)的不同，作為輸出或輸入。使用內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)，需將REFIO引腳通過0.1 μF電容解耦到ACOM，并將REFLO通過小于5 Ω的電阻連接到ACOM。

2.3 DAC傳輸函數(shù)

AD9740提供互補(bǔ)電流輸出IOUTA和IOUTB。IOUTA在所有位為高時(shí)提供接近滿量程的電流輸出，而IOUTB則提供互補(bǔ)輸出。電流輸出與輸入代碼和IOUTFS有關(guān)，可通過以下公式表示： [IOUTA =(D A C C O D E / 1023) × Ioutres ] [IOUTB =(1023 - D A C C O D E) / 1024 × I{OUTFS }] 其中，(D A C CODE =0) 到1023（十進(jìn)制表示）。IOUTFS是參考電流IREF的函數(shù)，可表示為： [I{OUTFS }=32 × I{REF }] [I{REF}=V{REFIO}/R{SET} ]

2.4 模擬輸出

IOUTA和IOUTB可配置為單端或差分操作。通過負(fù)載電阻RLOAD，可將其轉(zhuǎn)換為互補(bǔ)的單端電壓輸出VoutA和VoutB。差分電壓VDIFF可通過變壓器或差分放大器配置轉(zhuǎn)換為單端電壓。差分操作可增強(qiáng)AD9740的失真和噪聲性能，減少共模誤差源。

2.5 數(shù)字輸入

AD9740的數(shù)字部分由10個(gè)輸入位通道和一個(gè)時(shí)鐘輸入組成。10位并行數(shù)據(jù)輸入遵循標(biāo)準(zhǔn)的正二進(jìn)制編碼，DB9為最高有效位（MSB），DB0為最低有效位（LSB）。DAC輸出在時(shí)鐘的上升沿更新，支持高達(dá)210 MSPS的時(shí)鐘速率。

2.6 時(shí)鐘輸入

不同封裝的時(shí)鐘輸入方式有所不同。28引腳封裝有單端時(shí)鐘輸入（CLOCK），需驅(qū)動到軌到軌CMOS電平。LFCSP封裝提供可配置的時(shí)鐘輸入，支持單端和兩種差分模式，通過CMODE輸入控制模式選擇。

2.7 DAC定時(shí)

AD9740是上升沿觸發(fā)的，動態(tài)性能對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間與時(shí)鐘邊緣的關(guān)系敏感。一般來說，讓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接近時(shí)鐘下降沿可獲得更好的性能，尤其是在采樣率較高時(shí)。

2.8 功耗

AD9740的功耗取決于電源電壓、滿量程電流輸出、更新速率和重構(gòu)的數(shù)字輸入波形等因素。模擬電源電流IAVDD與IOUTFS成正比，對更新速率不敏感；數(shù)字電源電流IDVDD則與數(shù)字輸入波形、更新速率和數(shù)字電源DVDD有關(guān)。

三、應(yīng)用配置

3.1 輸出配置

• 差分耦合（變壓器）：使用RF變壓器進(jìn)行差分 - 單端信號轉(zhuǎn)換，可提供最佳的失真性能，適用于頻譜內(nèi)容在變壓器通帶內(nèi)的輸出信號。變壓器能有效抑制共模失真和噪聲，提供電氣隔離，并能向負(fù)載提供兩倍的功率。
• 差分耦合（運(yùn)算放大器）：運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)差分 - 單端轉(zhuǎn)換，適用于需要直流耦合、雙極性輸出、信號增益和/或電平轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。
• 單端無緩沖電壓輸出：適用于需要單極性電壓輸出的應(yīng)用，將IOUTA或IOUTB連接到適當(dāng)大小的負(fù)載電阻RLOAD，可獲得正單極性輸出電壓。
• 單端緩沖電壓輸出配置：通過運(yùn)算放大器進(jìn)行I - V轉(zhuǎn)換，可保持IOUTA或IOUTB處于虛擬地，最小化非線性輸出阻抗對DAC的INL性能的影響，提供最佳的直流線性性能。

3.2 電源和接地考慮

在高速、高分辨率系統(tǒng)中，正確的接地和去耦至關(guān)重要。AD9740具有獨(dú)立的模擬和數(shù)字電源及接地引腳，應(yīng)將模擬電源AVDD和數(shù)字電源DVDD分別盡可能靠近芯片解耦到ACOM和DCOM。對于需要單3.3 V電源的應(yīng)用，可使用差分LC濾波器生成干凈的模擬電源。

四、評估板

TxDAC系列評估板可方便地對SOIC和LFCSP封裝的AD9740進(jìn)行設(shè)置和測試。該評估板允許用戶在各種配置下操作AD9740，包括變壓器耦合、電阻端接以及單端和差分輸出。數(shù)字輸入可由各種字發(fā)生器驅(qū)動，板上還提供了添加電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)負(fù)載端接的選項(xiàng)。

五、總結(jié)

AD9740憑借其高性能、低功耗、靈活的配置和多樣的封裝選擇，成為通信和儀器儀表領(lǐng)域中D/A轉(zhuǎn)換的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求合理選擇輸出配置、電源和接地方式，以充分發(fā)揮AD9740的性能優(yōu)勢。你在使用D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。