AD9740：高性能10位210 MSPS TxDAC? D/A轉換器的深度解析

在電子設計領域，D/A轉換器（DAC）的性能對于眾多應用的成功至關重要。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轉換器，它在性能、低功耗等方面表現出色，適用于多種通信和儀器儀表應用。

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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數字 - 模擬轉換器。該系列包括8位、10位、12位和14位的DAC，引腳兼容，專門為通信系統的發射信號路徑進行了優化。AD9740能夠支持高達210 MSPS的更新速率，同時具備出色的交流和直流性能。

1.1 特性亮點

• 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用。若降低滿量程電流輸出，功耗可進一步降至60 mW，不過性能會有輕微下降。
• 出色的動態范圍：在5 MHz輸出、125 MSPS時，信噪比（SNR）可達65 dB，無雜散動態范圍（SFDR）性能優秀。
• 靈活的數據格式：支持二進制補碼或直接二進制數據格式。
• 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 應用領域

• 寬帶通信發射通道：滿足高速數據傳輸需求。
• 基站與無線本地環路：提供穩定可靠的信號轉換。
• 數字無線電鏈路：確保信號的高質量傳輸。
• 直接數字合成（DDS）：實現精確的信號生成。
• 儀器儀表：為高精度測量提供支持。

二、技術細節剖析

2.1 功能框圖與工作原理

AD9740由DAC、數字控制邏輯和滿量程輸出電流控制組成。DAC包含一個PMOS電流源陣列，可提供高達20 mA的滿量程電流（IOUTFS）。該陣列分為31個相等的電流源構成5個最高有效位（MSBs），接下來的4位由15個相等的電流源組成，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制加權分數。

所有電流源通過PMOS差分電流開關切換到兩個輸出節點（IOUTA或IOUTB）。這種開關架構減少了開關瞬態引起的失真，降低了各種定時誤差，并為差分電流開關的輸入提供匹配的互補驅動信號。

2.2 參考操作

AD9740內部包含一個1.2 V的帶隙基準。內部基準不能禁用，但可輕松被外部基準覆蓋，且不影響性能。REFIO引腳根據使用內部或外部基準的不同，作為輸出或輸入。使用內部基準時，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

AD9740提供互補電流輸出IOUTA和IOUTB。IOUTA在所有位為高時提供接近滿量程的電流輸出，而IOUTB則提供互補輸出。電流輸出與輸入代碼和IOUTFS有關，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（十進制表示）。IOUTFS是參考電流IREF的函數，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。通過負載電阻RLOAD，可將其轉換為互補的單端電壓輸出VoutA和VoutB。差分電壓VDIFF可通過變壓器或差分放大器配置轉換為單端電壓。差分操作可增強AD9740的失真和噪聲性能，減少共模誤差源。

2.5 數字輸入

AD9740的數字部分由10個輸入位通道和一個時鐘輸入組成。10位并行數據輸入遵循標準的正二進制編碼，DB9為最高有效位（MSB），DB0為最低有效位（LSB）。DAC輸出在時鐘的上升沿更新，支持高達210 MSPS的時鐘速率。

2.6 時鐘輸入

不同封裝的時鐘輸入方式有所不同。28引腳封裝有單端時鐘輸入（CLOCK），需驅動到軌到軌CMOS電平。LFCSP封裝提供可配置的時鐘輸入，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

AD9740是上升沿觸發的，動態性能對數據轉換時間與時鐘邊緣的關系敏感。一般來說，讓數據轉換接近時鐘下降沿可獲得更好的性能，尤其是在采樣率較高時。

2.8 功耗

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

三、應用配置

3.1 輸出配置

• 差分耦合（變壓器）：使用RF變壓器進行差分 - 單端信號轉換，可提供最佳的失真性能，適用于頻譜內容在變壓器通帶內的輸出信號。變壓器能有效抑制共模失真和噪聲，提供電氣隔離，并能向負載提供兩倍的功率。
• 差分耦合（運算放大器）：運算放大器可實現差分 - 單端轉換，適用于需要直流耦合、雙極性輸出、信號增益和/或電平轉換的應用。
• 單端無緩沖電壓輸出：適用于需要單極性電壓輸出的應用，將IOUTA或IOUTB連接到適當大小的負載電阻RLOAD，可獲得正單極性輸出電壓。
• 單端緩沖電壓輸出配置：通過運算放大器進行I - V轉換，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、高分辨率系統中，正確的接地和去耦至關重要。AD9740具有獨立的模擬和數字電源及接地引腳，應將模擬電源AVDD和數字電源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進行設置和測試。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。數字輸入可由各種字發生器驅動，板上還提供了添加電阻網絡進行適當負載端接的選項。

五、總結

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域中D/A轉換的理想選擇。在實際應用中，工程師們需要根據具體需求合理選擇輸出配置、電源和接地方式，以充分發揮AD9740的性能優勢。你在使用D/A轉換器時遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。