14位125Msps模數轉換器ADS5500及其應用

2004年7月A版

摘  要：本文介紹了ADS5500的性能特點(diǎn)和設計考慮，并對其在視頻信號處理方面的應用作了簡(jiǎn)要說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：模數轉換器；ADS5500；高頻采樣

概述

　　近年來(lái)，隨著(zhù)數字信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展和新理論、新算法的不斷涌現，加之數字信號處理器件性能的全面提高，使實(shí)際系統對模數轉換器的要求越來(lái)越高。因此，在實(shí)際的應用中，一般都要求模數轉換器必須同時(shí)具備很高的采樣率和精度、很大的動(dòng)態(tài)范圍、極寬的頻率響應范圍和靈活的數字接口。

　　ADS5500是TI公司開(kāi)發(fā)的一款14位分辨率、125MSPS采樣速率的高性能模數轉換器，芯片為64引腳TQFP PowerPAD封裝。為實(shí)現更高的系統集成度，其內部還包括有寬帶寬的線(xiàn)性采樣/保持和內部基準電壓源的完整轉換解決方案。100MHz時(shí)ADS5500的信噪比(SNR)為70dB，無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)為82dB，差分輸入電壓為2.2Vpp，工作電壓為3.3V(單極性)，且功耗僅為750mW。內部基準電壓源簡(jiǎn)化了系統設計，并行CMOS兼容數據輸出接口確保了與普通邏輯電路的無(wú)縫連接，方便了與數字信號處理器的連接。其內部結構框圖示于圖1。

設計考慮

　　ADS5500是一款低功耗、采樣率為125MSPS的14位流水線(xiàn)模數轉換器，僅需一個(gè)3.3V的單極性電源就可正常工作。數據轉換過(guò)程啟動(dòng)于時(shí)鐘信號波形的上升沿，一旦模擬信號被轉換器的采樣/保持部分捕獲后，輸入信號的采樣過(guò)程被依序分割為一系列的流水線(xiàn)操作，使時(shí)鐘信號的上升沿和下降沿都能進(jìn)行數據的轉換工作。從輸入模擬信號到輸出14位的數據需要16個(gè)時(shí)鐘周期的延遲。圖2給出了ADS5500輸入、輸出信號和時(shí)鐘波形的對應時(shí)序。

輸入配置

　　ADS5500的模擬輸入部分主要由一個(gè)差分跟蹤/保持放大器和開(kāi)關(guān)電容組成(圖3)。

　　差分輸入技術(shù)確保了高采樣率條件下的高性能，同時(shí)也帶來(lái)了非常高的可用輸入帶寬，這一點(diǎn)對于某些中頻采樣或欠采樣應用尤為重要。

　　對于低頻輸入信號的輸入配置可以采用差分輸入/輸出放大器(如OPA695)，用來(lái)簡(jiǎn)化前端驅動(dòng)電路。這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于其具有較大的靈活性，放大器可用來(lái)完成模擬輸入信號的極性轉換(單極性~差分)、信號放大及ADC的前端預濾波等工作。

基準源電路

　　ADS5500的內基準電壓源簡(jiǎn)化了電路板的電路布局，對此，板上可不用其它附加電路。但從優(yōu)化性能的角度考慮，可在REFP和REFM引腳上各連接1個(gè)1mF的電容器并接地。此外，為更好設置芯片的工作電流，還應在IREF引腳上連接1個(gè)47Ω的電阻，并與AGND引腳相連(圖4)。

時(shí)鐘輸入信號

　　芯片的時(shí)鐘輸入信號可以是單極性或差分信號，普通模式下，時(shí)鐘輸入信號的電壓幅值設置為1.5V，CLKP引腳、CLKM引腳各通過(guò)5kΩ電阻與CM引腳相連(圖5)。

　　從實(shí)用角度考慮，選用低抖動(dòng)時(shí)鐘源并對其進(jìn)行相應的帶通濾波可大大提高高頻采樣系統性能。芯片內部的ADC內核在時(shí)鐘信號波形的上升沿和下降沿都能進(jìn)行數據轉換，進(jìn)一步提高了芯片的工作效率。當無(wú)時(shí)鐘源或時(shí)鐘頻率低于10MSPS時(shí)，芯片將自動(dòng)切換至休眠模式。

輸出選項

　　芯片產(chǎn)生14位的數據輸出信號(D13-D0)，1個(gè)數據就緒信號(CLKOUT引腳)和1個(gè)數據溢出指示位(OVR引腳，當輸出數據幅值超過(guò)最大值時(shí)，該位被置為1)。

　　通過(guò)改變DFS引腳電平可設置輸出信號的數據格式和時(shí)鐘輸出信號的極性。輸出信號的數據格式有直接二進(jìn)制碼和二進(jìn)制補碼兩種形式，而時(shí)鐘極性則表現為輸出數據在時(shí)鐘波形上升沿或下降沿有效。DFS引腳電平有四種選擇范圍，因而就有四種對應關(guān)系。表1給出了這四種模式的對應關(guān)系。

應用舉例

　　圖6是一個(gè)實(shí)時(shí)圖像處理系統，CCD傳感器把原始圖像(模擬信號)送至ADS5500高頻采樣，得到高精度的數字圖像信號，再通過(guò)高速同步FIFO送入到圖像處理單元，由數字信號處理器完成圖像的處理和壓縮，并將處理后的數據顯示在液晶顯示器或CRT顯示器上。

結語(yǔ)

　　ADS5500接口簡(jiǎn)單，使用方便、靈活，14位采樣精度，同時(shí)又有很高的轉換速度。在大多數需要高速數據采集和高精度測量的應用場(chǎng)合中，該芯片具有很強的實(shí)用性?！?/P>

參考文獻：

1．Texas Instruments. ADS5500：14-Bit,125-MSPS Analog-to-Digital Converter.2003:8~12.

2．Texas Instruments. Video and Imaging Solutions Guide. 2002:4~8.