帶輔助DAC的雙路Σ-Δ轉換器的原理及應用

1. 內部框圖
　　AD公司新近推出的這種帶輔助DAC的雙路Σ-Δ模數轉換器，是一個完整的15位CMOS模數轉換器件。它采樣速率高，功耗低，且輸入端兼有信號處理功能，接收通道上的兩個帶數字濾波器的Σ-Δ型ADC合用一個能隙參考基準。控制DAC可執行AFC的功能，其它輔助功能可以從輔助串行端口獲得，以滿足器件多方面的性能要求。
　　圖1所示為AD7729的內部框圖。AD7729主要有兩大部分組成：模數轉換器和輔助數模轉換器。模數轉換器由ΣΔ型ADC、數字濾波器、偏移調整和主串行通訊接口組成；數模轉換器由10位輔助DAC、輸出緩沖器和輔助串行接口組成。

1.1 模數轉換器
　　模數轉換器部分有I和Q兩個通道，分別由一個開關電容濾波器和一個15位的ADC組成。片內的數字濾波器對系統的性能起著關鍵作用，它們的幅頻和相頻響應特性保證了相鄰通道間的相互干擾有極好的抑制性。
　　a. Σ-Δ型ADC
　　開關電容濾波器以13MHz的速率對接收的模擬量進行采樣，其頻率響應如2(a）所示。接收通道上的另一個數字濾波器的時鐘頻率為6.5MHz，其頻率響應特性如圖2(b）所示。兩濾波器對應的綜合頻率響應如圖2(c）所示。AD7729的接收通道采用了Σ-Δ轉換技術，在片內實現系統濾波，從而保證了I和Q 端15位的高精度輸出。具體工作過程是用一個充電平衡的調制器以6.5MHz的速度對開關電容濾波器的輸出進行采樣，并將其轉化成數字脈沖串。過高的過采樣速率能分散0?.25MHz的量化噪音，并使它在所關心的頻帶中減小。然后用一高階的調制器對噪音頻譜整形。再利用數字濾波器對帶外噪音進行處理，并同時把數字脈沖轉化成并行的15位二進制數據。

　　b. 數字濾波器
　　它有288個抽頭，建立時間為44.7μs。我們已介紹了它的兩個重要功能：系統的濾波功能和消除帶外量化噪音功能。由此可以看出,它有兩點優于模擬濾波器：首先，由于它位于ADC之后，消除A/D轉化過程中產生的噪音；其次，它不僅消除了低通的振鈴，同時還保證了線性相位響應。雖然這些功能都是模擬濾波器很難達到的，但模擬濾波器卻消除了A/D轉化前信號中所帶的噪音。由于噪音的波峰有使模擬調制解調器達到飽和的危險，AD7729專門為調制器和濾波器設置了一個超范圍裕度，允許有100mV的超范圍漂移。
1.2 數模轉換器
　　a.輔助控制功能
　　該功能是由輔助DAC來實現的。它由幾個高阻抗電流源組成，后接很輕的負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的負載電阻。DAC的模擬輸出為2V_REFCAP/32＋(2V_REFCAP－2V_REFCAP/32)×D_AC/1023 。其中：V_REFCAP是參考電壓。D_AC是所要輸出的數字信號。
　　b.參考電壓和串行端口
　　REFCAP是一個能隙參考基準，不僅噪音低，還可為ADC和輔助DAC提供溫度補償。參考電壓V_REFCAP=1.3V。主串行接口(BSPORT)和輔助串行接口(ASPORT)都是DSP(數字信號處理器)兼容的串行端口。用戶可自由選擇寄存器與端口的連接方式，還可通過調整SCLK的頻率來減小功耗。
　　c. 讀/寫操作
　　經串行口對寄存器進行的讀和寫操作就是對16位字長的數據即10個數據位和6個地址位（Rx例外）進行轉換。必須對只讀寄存器給出一定的地址才能從中讀出對應的的內容，寫入和讀出的時間間隔大約為4個主時鐘周期。
2. 引腳
　　AD7729采用28引腳TSSOP和28腳SOIC兩種封裝形式。其引腳說明見表1所列。