10-/12-Bit, Low Power, Broadband MxFE AD9961/AD9963數(shù)據(jù)手冊解讀

在電子設計領域，高性能、低功耗的混合信號前端（MxFE）器件一直是工程師們關注的焦點。AD9961/AD9963作為Analog Devices推出的兩款10/12位低功耗MxFE轉(zhuǎn)換器，為無線通信、醫(yī)療儀器等眾多應用提供了出色的解決方案。本文將深入解讀AD9961/AD9963的數(shù)據(jù)手冊，為電子工程師們在設計中提供參考。

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一、產(chǎn)品概述

AD9961/AD9963是引腳兼容的10/12位低功耗MxFE轉(zhuǎn)換器，具備雙100 MSPS ADC通道和雙170 MSPS DAC通道。它們專為低功耗、低成本的通信系統(tǒng)收發(fā)信號路徑而優(yōu)化，集成了多種功能，如電源可擴展性、Tx增益控制和時鐘乘法電路等。此外，該器件還具有5個模擬輔助輸入/輸出通道，采用72引腳LFCSP無鉛封裝，尺寸小巧，非常適合便攜式和低功耗應用。

1.1 主要特性

• 高性能ADC和DAC：雙10/12位ADC，采樣率達100 MSPS，SNR = 67 dB（fIN = 30.1 MHz）；雙10/12位DAC，采樣率達170 MSPS，ACLR = 74 dBc。
• 低功耗設計：最大采樣率下功耗小于425 mW，支持睡眠和掉電模式，可根據(jù)應用需求優(yōu)化功耗。
• 靈活的數(shù)字接口：支持全雙工和半雙工數(shù)據(jù)接口，可與大多數(shù)數(shù)字基帶處理器無縫連接。
• 集成輔助通道：5個模擬輔助輸入/輸出通道，其中3個為12位ADC輸入，2個可配置為10位DAC輸出，另外2個為獨立的12位DAC輸出。

1.2 應用領域

• 無線基礎設施：如微微蜂窩、毫微微蜂窩基站。
• 醫(yī)療儀器：超聲AFE等。
• 便攜式儀器：信號發(fā)生器、信號分析儀等。

二、技術參數(shù)詳解

2.1 發(fā)射路徑（Tx Path）

2.1.1 DAC參數(shù)

AD9961的DAC分辨率為10位，AD9963為12位。差分非線性（DNL）分別為0.1 LSB和0.3 LSB，增益變化（內(nèi)部參考）在-10%至+10%之間，增益匹配在-2.4%至+2.4%之間，偏移誤差在-0.03%至+0.03%之間。滿量程輸出電流默認設置為2 mA，輸出合規(guī)范圍根據(jù)不同電源電壓有所不同。 在AC特性方面，最大更新速率為175 MSPS，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）在不同輸出頻率下表現(xiàn)良好，如fOUT = 5 MHz時，AD9961的SFDR為78 dBc，AD9963為81 dBc。

2.1.2 數(shù)字濾波器

發(fā)射路徑的數(shù)字濾波器支持SRRC（8×插值模式）、INT0（4×插值模式）、INT1（2×插值模式）和DAC（1×插值模式），輸入速率分別為21.875 MHz、43.75 MHz、87.5 MHz和175 MHz。

2.2 接收路徑（Rx Path）

2.2.1 ADC參數(shù)

AD9961的ADC分辨率為10位，AD9963為12位。差分非線性（DNL）分別為0.1 LSB和0.3 LSB，輸入電壓范圍為±1.56 V p-p差分，輸入電容為8 pF。 在AC特性方面，最大采樣率為100 MSPS，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）在不同輸入頻率下表現(xiàn)良好，如fIN = 10.1 MHz時，AD9961和AD9963的SFDR均為77 dBc。

2.2.2 抽取濾波器

I和Q接收路徑各有一個可旁路的2×抽取低通濾波器，能夠?qū)⑤敵霾蓸勇式档?倍，同時抑制落入感興趣頻段的混疊信號。該濾波器在輸出數(shù)據(jù)速率的40%范圍內(nèi)提供>70 dB的阻帶抑制。

2.3 輔助轉(zhuǎn)換器（Auxiliary Converters）

2.3.1 輔助ADC

輔助ADC為12位SAR轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為0至3.2 V，最大采樣率為50 kHz。其轉(zhuǎn)換時鐘可通過可編程二進制除法從CLK輸入信號生成，頻率可編程。

2.3.2 輔助DAC

AD9963具有兩個10位輔助DAC和兩個12位輔助DAC，適用于校準和控制功能。10位DAC具有可選的滿量程電壓和輸出范圍，12位DAC的輸出電壓可根據(jù)不同的設置進行調(diào)整。

2.4 電源供應

AD9961/AD9963的電源分布較為復雜，不同功能模塊的電源要求不同。Rx ANLG、Rx ADCs、SPI和數(shù)字核心、時鐘和DLL等模塊工作在1.8 V電源，Tx DACs、AUX DACs和數(shù)字I/O模塊的電源電壓范圍為1.8 V至3.3 V，輔助ADC工作在3.3 V電源。 可以通過內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器或外部電源來提供所需的電壓，LDO_EN引腳可控制LDO的啟用和禁用。

2.5 時鐘配置

2.5.1 時鐘分配

接收路徑ADC和發(fā)射路徑DAC可以直接從CLKP/CLKN輸入或片上DLL的輸出進行時鐘驅(qū)動。輔助ADC采樣時鐘始終是輸入時鐘的分頻版本，輔助DAC與串行端口時鐘同步更新。

2.5.2 DLL時鐘乘法

器件包含一個循環(huán)DLL，可將輸入的CLK信號（REFCLK）乘以可編程的M/N因子，生成不同頻率的DLL輸出時鐘（DLLCLK）。DLL的鎖定范圍為100 MHz至310 MHz，需要外部環(huán)路濾波器來保證穩(wěn)定運行。

2.5.3 時鐘倍頻器

接收和發(fā)射數(shù)據(jù)路徑各有一個時鐘倍頻器，僅在單數(shù)據(jù)速率時鐘模式且無插值或抽取時使用。時鐘倍頻器的配置應根據(jù)DAC和ADC的采樣率進行調(diào)整。

三、數(shù)字接口

AD9961/AD9963具有兩個并行接口端口，即Tx端口和TRx端口，其操作模式分為全雙工和半雙工。

3.1 全雙工模式

在全雙工模式下，TRx端口輸出接收路徑的采樣數(shù)據(jù)，Tx端口接收發(fā)射路徑的輸入數(shù)據(jù)。TRX端口的最大保證數(shù)據(jù)速率為200 MSPS，數(shù)據(jù)和時鐘信號的時序關系可通過配置寄存器進行調(diào)整。

3.2 半雙工模式

在半雙工模式下，TRx端口既輸出接收路徑的采樣數(shù)據(jù)，又接收發(fā)射路徑的輸入數(shù)據(jù)，Tx端口禁用?？偩€方向可通過TXIQ/TXnRX引腳或串行端口配置寄存器進行控制。

四、應用電路設計

4.1 接收路徑輸入配置

4.1.1 差分輸入配置

為了獲得最佳性能，模擬輸入應采用差分輸入配置。對于基帶應用，ADA4937差分驅(qū)動器可提供出色的性能和靈活的接口。在交流耦合輸入配置中，VOCM引腳應連接到提供足夠輸出驅(qū)動器余量的電壓，通常將VOCM設置為放大器電源電壓的1/2是最佳設置。

4.1.2 單端輸入配置

單端輸入配置會限制ADC的性能，為了獲得最佳性能，應保持每個Rx輸入的阻抗平衡。

4.2 發(fā)射路徑輸出配置

4.2.1 差分耦合使用變壓器

RF變壓器可用于將差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號，具有良好的失真性能和共模失真抑制能力，適用于高頻應用。

4.2.2 差分緩沖輸出使用運算放大器

雙運算放大器可用于差分版本的單端緩沖電路，通過反饋電阻確定差分峰 - 峰信號擺動。

4.2.3 單端緩沖輸出使用運算放大器

如ADA4899 - 1等運算放大器可用于將單端電流轉(zhuǎn)換為電壓，通過反饋電阻確定峰 - 峰信號擺動。

五、總結(jié)

AD9961/AD9963作為高性能、低功耗的MxFE轉(zhuǎn)換器，具有豐富的功能和靈活的配置選項，適用于多種應用場景。在設計過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應用需求，合理配置器件的參數(shù)，優(yōu)化電源供應和時鐘配置，選擇合適的輸入輸出電路，以充分發(fā)揮器件的性能。同時，要注意遵循ESD防護措施，確保器件的可靠性和穩(wěn)定性。

你在使用AD9961/AD9963進行設計時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。