基于A(yíng)RM+FPGA控制的LTC2207采集應用

引言

數據采集技術(shù)是一種流行且實(shí)用的電子技術(shù)。它廣泛應用于信號檢測、信號處理、儀器儀表等領(lǐng)域。近年來(lái),隨著(zhù)數字化技術(shù)的不斷發(fā)展，數據采集技術(shù)也呈現出速度更高、通道更多、數據量更大的發(fā)展趨勢。

本設計中數據采集系統的核心器件是凌力爾特公司的A/D轉換芯片LTC2207。本文研究了在ARM核S3C2440芯片和FPGA的控制下對直流數據和正弦信號的采集應用，并進(jìn)行了相關(guān)的仿真驗證。

1 LTC2207芯片介紹[1]

1.1 LTC2207的功能特性

LTC2207是16位A/D轉換器，它的采樣速率為105 Msps。LTC2207是針對輸入頻率為700 MHz的高頻、寬動(dòng)態(tài)范圍信號進(jìn)行數字化處理而設計的。它可以利用PGA前端(輸入范圍為 1.5VPP 或2.25VPP )對該ADC的輸入范圍進(jìn)行優(yōu)化。

LTC2207非常適合于要求苛刻的通信應用。它的AC性能包括78.2 dB噪聲層和100 dB無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR);250 MHz時(shí)SFDR>83 dB(輸入范圍為1.5VPP時(shí));80fsRMS的超低抖動(dòng)實(shí)現了高輸入頻率的欠采樣和卓越的噪聲性能;最大DC規格包括整個(gè)溫度范圍內的±4LSB INL、±1LSB DNL(無(wú)漏失碼)。

LTC2207具有單一的3.3 V供電電源，單一的電源允許CMOS輸出擺幅為0.5～3.6 V。它同時(shí)具有700 MHz全功率帶寬 S/H (采樣及保持)，可選的內部抖動(dòng)和數據輸出(Randomizer)隨機函數發(fā)生器，功耗為900 mW。LTC2207可利用正弦波時(shí)鐘、PECL、LVDS、TTL或CMOS輸入對 ENC+和 ENC-輸入進(jìn)行差分或單端驅動(dòng)?？扇芜x的時(shí)鐘占空比穩定器在全速和多種時(shí)鐘占空比條件下實(shí)現了高性能。

LTC2207的引腳說(shuō)明略——編者注。

1.2 LTC2207的時(shí)序說(shuō)明

LTC2207時(shí)序圖如圖1所示。LTC2207是帶有前端PGA的CMOS多步轉換器。模擬輸入是差分信號以提高共模噪聲抑制，最大限度地利用輸入范圍。此外，差分輸入信號可以降低取樣保持電路的諧波。編碼輸入也比共模抑制輸入具有更強的抗干擾能力。

圖1 LTC2207時(shí)序圖

LTC2207的采集取決于ENC+/ENC-輸入引腳的狀態(tài)，由圖1可知LTC2207在ENC+引腳的上升沿時(shí)(ENC-引腳的下降沿時(shí))采樣模擬輸入信號。它有5個(gè)流水線(xiàn)模數轉換階段，經(jīng)過(guò)7個(gè)周期后,一個(gè)模擬采樣輸入就會(huì )轉換為一個(gè)數字值，數字輸出上/下溢出則由OF引腳上的邏輯高電平表示。

此A/D轉換器有一個(gè)延遲的編碼輸入作為數字輸出，提供了CLKOUT+和CLKOUT-兩信號;需要使用正弦時(shí)鐘編碼信號CLKOUT+/CLKOUT-將數據同步轉換到數字系統。數據在CLKOUT+的上升沿或CLKOUT-的下降沿鎖存，在CLKOUT+下降沿和CLKOUT-上升沿時(shí)更新。

2 硬件電路設計

信號采集部分主要完成對模擬信號的調理和A/D轉換芯片的采集。A/D轉換芯片的輸入信號是差分的，而被采集的信號是單端的，這就需要把單端信號轉換成差分信號。輸入的信號經(jīng)過(guò)MAX4201緩沖后，由差分驅動(dòng)器AD8131轉換成差分信號，驅動(dòng)A/D轉換芯片LTC2207。

采用LVDS轉發(fā)器MAX9150轉換FPGA所給的時(shí)鐘信號，作為L(cháng)TC2207的采集控制信號ENC。MAX9150的轉換電路如圖2所示。

圖2 MAX9150的轉換電路

圖3 采集輸入信號的前端調理電路

LTC2207的模擬差分信號輸入前端的調理芯片采用低噪聲、低功耗、超高速開(kāi)環(huán)緩沖器MAX4201和高速差分驅動(dòng)器AD8131。采集輸入信號的前端調理電路如圖3所示。圖中MAX4201采用±5 V供電，對地并聯(lián)的電容給電源濾波，為緩沖器提供無(wú)干擾的電源。緩沖后的信號，由MAX4201的5引腳輸出，其輸出阻抗是50 Ω，再經(jīng)過(guò)AD8131完成單端到差分的轉換。

LTC2207的采集控制電路如圖4所示。其中，AIN+、AIN-為差分模擬輸入信號;ENC+、ENC-為采集芯片的時(shí)鐘控制信號;D0～D15為16位數據輸出信號;CLKOUT+、CLKOUT-為時(shí)鐘輸出信號。

圖4 LTC2207的采集控制電路圖