深入解析ISL5961：高性能14位高速D/A轉(zhuǎn)換器

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高性能的通信系統(tǒng)至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一下RENESAS的ISL5961這款14位、高速、低功耗的D/A轉(zhuǎn)換器。

文件下載：ISL5961/2IBZ.pdf

產(chǎn)品概述

ISL5961是一款專為高性能通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的14位CMOS D/A轉(zhuǎn)換器，它具備130/210+MSPS的轉(zhuǎn)換速度，能夠滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。該器件是ISL5x61高速轉(zhuǎn)換器系列的一員，此系列還包括10位、12位和14位的設(shè)備。

訂購信息

需要注意的是，Intersil的無鉛產(chǎn)品采用了特殊的無鉛材料，其成型化合物、芯片附著材料和100%霧錫板終端表面處理，兼容SnPb和無鉛焊接操作，并且在無鉛峰值回流溫度下的MSL分類符合或超過IPC/JEDEC J Std - 020B的無鉛要求。

產(chǎn)品特性

高速與低功耗

ISL5961具有130M和210+MSPS的速度等級(jí)，在130MSPS、20mA輸出的情況下，功耗僅為103mW，能夠在保證高速轉(zhuǎn)換的同時(shí)，有效降低系統(tǒng)功耗。

可調(diào)節(jié)輸出電流

其滿量程輸出電流可在2mA至20mA之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活的配置選項(xiàng)。

電源與輸入兼容性

采用+3.3V電源供電，輸入與3V LVCMOS兼容，方便與其他數(shù)字電路集成。

出色的動(dòng)態(tài)性能

• 無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）表現(xiàn)優(yōu)異，在 (f{S}=130MSPS) 、 (f{OUT}=10MHz) 時(shí)可達(dá)75dBc至奈奎斯特頻率。
• 在UMTS應(yīng)用中，19.2MHz時(shí)相鄰信道功率比（ACPR）為71dB。
• 在EDGE/GSM應(yīng)用中，20MHz窗口內(nèi)11MHz處的SFDR為94dBc。

引腳兼容與低功耗替代

該器件引腳與AD9754和HI5960兼容，并且功耗更低，為工程師提供了更好的替代方案。

無鉛可選

滿足環(huán)保要求，符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。

應(yīng)用領(lǐng)域

ISL5961的應(yīng)用范圍十分廣泛，包括但不限于以下領(lǐng)域：

• 蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施：適用于單載波或多載波系統(tǒng)，如IS - 136、IS95、GSM、EDGE、CDMA2000、WCDMA、TDS - CDMA等。
• 寬帶無線接入（BWA）基礎(chǔ)設(shè)施：為高速無線通信提供支持。
• 醫(yī)療/測(cè)試儀器：滿足高精度測(cè)量和信號(hào)生成的需求。
• 無線通信系統(tǒng)：提升通信質(zhì)量和性能。
• 高分辨率成像系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
• 任意波形發(fā)生器：方便生成各種復(fù)雜的波形。

引腳說明

電氣特性

系統(tǒng)性能

• 分辨率：14位，能夠提供較高的轉(zhuǎn)換精度。
• 積分線性誤差（INL）：在“最佳擬合”直線下，范圍為 - 5至 + 5 LSB。
• 差分線性誤差（DNL）：范圍為 - 3至 + 3 LSB，保證了輸出的單調(diào)性。
• 偏移誤差（los）：IOUTA的偏移誤差范圍為 - 0.006%至 + 0.006% FSR。
• 滿量程增益誤差（FSE）：范圍為 - 3%至 + 3% FSR。

動(dòng)態(tài)特性

• 最大時(shí)鐘速率：ISL5961/2IA、ISL5961/2IB為210MHz，ISL5961IA、ISL5961IB為130MHz。
• 輸出上升時(shí)間和下降時(shí)間：滿量程階躍時(shí)均為1.5ns。
• 輸出電容：為10pF。

交流特性

在不同的時(shí)鐘頻率和輸出頻率下，SFDR表現(xiàn)良好，例如在 (f{CLK}=210MSPS) 、 (f{OUT}=80.8MHz) 、30MHz跨度時(shí)，SFDR為73dBc。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

數(shù)字輸入與終端匹配

ISL5961的數(shù)字輸入保證為3V LVCMOS電平，內(nèi)部寄存器在時(shí)鐘上升沿更新。為了減少反射，對(duì)于較長的時(shí)鐘和數(shù)字輸入線，應(yīng)在靠近轉(zhuǎn)換器輸入處連接50Ω終端電阻到數(shù)字接地平面。對(duì)于高速邊緣速率的模式驅(qū)動(dòng)器，建議在DAC輸入前考慮使用50 - 200Ω的串聯(lián)終端電阻以減少噪聲。

電源設(shè)計(jì)

建議使用單獨(dú)的數(shù)字和模擬電源，允許的電源范圍為 + 2.7V至 + 3.6V，推薦范圍為 + 3.0V至3.6V（標(biāo)稱 + 3.3V）以保持最佳的SFDR。在 + 2.7V供電時(shí)，SFDR會(huì)有一定程度的下降，此時(shí)可通過降低模擬輸出電流來改善。

接地平面設(shè)計(jì)

應(yīng)使用單獨(dú)的數(shù)字和模擬接地平面，將器件的數(shù)字功能和相應(yīng)組件置于數(shù)字接地平面上，模擬組件置于模擬接地平面上。

降噪措施

為了最小化電源噪聲，應(yīng)在轉(zhuǎn)換器的電源引腳AVDD和DVDD附近盡可能靠近地放置0.1μF電容，并將這些電容分別連接到數(shù)字地和模擬地。同時(shí)，建議對(duì)電路板上的電源進(jìn)行額外的濾波處理。

電壓參考

器件的內(nèi)部電壓參考標(biāo)稱值為 + 1.23V，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的漂移系數(shù)為 ± 40 ppm / °C。建議在REFIO引腳附近盡可能靠近地放置0.1μF電容并連接到模擬地。REFLO引腳用于選擇參考電壓，若連接到地則啟用內(nèi)部參考電壓，若連接到模擬電源電壓則使用外部參考電壓。滿量程輸出電流與參考電壓和 (R{SET}) 的值有關(guān)，計(jì)算公式為 (IOUT (Full Scale)=(V{FSADJ} / R_{SET}) × 32) 。

模擬輸出

IOUTA和IOUTB是互補(bǔ)電流輸出，兩者之和始終等于滿量程輸出電流減去1 LSB。若需要單端輸出，可使用負(fù)載電阻將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，未使用的輸出應(yīng)接地或進(jìn)行同等終端匹配。輸出電壓必須在 - 1.0V至1.25V的輸出電壓合規(guī)范圍內(nèi)，ROUT應(yīng)根據(jù)所需的輸出電壓和滿量程輸出電流進(jìn)行選擇。

差分輸出

IOUTA和IOUTB可用于差分轉(zhuǎn)單端配置以實(shí)現(xiàn)更好的諧波抑制。在 (R{DIFF}=50Ω) 和 (R{LOAD}=50Ω) 的情況下，若DAC的滿量程輸出電流設(shè)置為20mA，圖13所示的電路將在變壓器輸出端提供500mV（ - 2.5dBm）的信號(hào)。典型性能曲線使用 (R{DIFF}=100Ω) 和 (R{LOAD}=50Ω) 以增加輸出功率和動(dòng)態(tài)范圍。

傳播延遲

轉(zhuǎn)換器需要兩個(gè)時(shí)鐘上升沿才能在輸出端顯示數(shù)據(jù)，每個(gè)時(shí)鐘上升沿捕獲當(dāng)前數(shù)據(jù)字并輸出上一個(gè)數(shù)據(jù)，傳播延遲為1/CLK加上小于2ns的處理時(shí)間。

總結(jié)

ISL5961以其高速、低功耗、出色的動(dòng)態(tài)性能和靈活的配置選項(xiàng)，成為高性能通信系統(tǒng)中D/A轉(zhuǎn)換的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分考慮數(shù)字輸入、電源、接地、電壓參考、輸出等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。