流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX1200及其與DSP的接口

1 MAX1200的特點(diǎn)功能

新型ADC正在朝著低功耗、高速、高分辨率的方向發(fā)展，新型流水線結(jié)構(gòu)正是實(shí)現(xiàn)高速低功耗ADC的有效方法。而MAX1200則是采用這一新技術(shù)的高速、高精度、低功耗ADC的代表。

MAX1200是一種16位、采樣率可達(dá)1Msps的單片集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部的CMOS積分電路采用全差分多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，它具有快速的數(shù)字誤差校正和自校準(zhǔn)功能，能保證在全采樣率時(shí)具有16位的線性度和91dB的非雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR），以及良好的信噪比（SNR）和諧波失真（THD）特性。MAX1200主要應(yīng)用于高分辨率圖象系統(tǒng)、掃描儀、數(shù)字通訊、檢測(cè)儀表和數(shù)據(jù)接收等領(lǐng)域；其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

　　●采用單電源＋5V供電；
　　●采用±VREF差分輸入，正向參考電壓RFPF由外部＋4．906V電壓基準(zhǔn)提供，負(fù)向參考電壓RFNF接至模擬地；

　　●在輸入信號(hào)為100kHz時(shí)，其信噪比為87dB；
　　●在輸入信號(hào)為100kHz時(shí)的非雜散動(dòng)態(tài)范圍為91dB；
　　●在1Msps速率和＋5V供電時(shí)，其器件功耗為273mW；
　　●具有±0．5LSB的差分非線性誤差；
　　●采用三態(tài)、二進(jìn)制補(bǔ)碼輸出；
　　●具有快速、可控自校準(zhǔn)功能；
　　●采用44腳MQFP封裝，表1為其功能說(shuō)明。

2 工作原理

流水線型（pipeline）ADC又稱為子區(qū)式ADC，它由級(jí)聯(lián)的若干級(jí)電路組成，每一級(jí)包括一個(gè)采樣／保持放大器、一個(gè)低分辨率的ADC和DAC以及一個(gè)求和電路，其中求和電路還包括可提供增益的級(jí)間放大器。其快速精確的n位轉(zhuǎn)換器是由分為兩段以上的子區(qū)（流水線）來(lái)完成。每級(jí)電路的采樣／保持器對(duì)輸入信號(hào)取樣后先由一個(gè)m位分辨率的粗A／D轉(zhuǎn)換器來(lái)對(duì)輸入進(jìn)行量化，接著用一個(gè)至少n位精度的乘積型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（MDAC）來(lái)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于量化結(jié)果的模擬電平并送至求和電路，然后由求和電路從輸入信號(hào)中減掉此模擬電平，并將差值精確放大到某一固定增益后送交下一級(jí)電路進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)這樣各級(jí)的處理后，再由一個(gè)較高精度的K位細(xì)A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)殘余信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最后將上述各級(jí)粗、細(xì)A／D的輸出組合起來(lái)以構(gòu)成高精度的n位輸出。應(yīng)當(dāng)注意的是：這些操作必須滿足以下不等式以便糾正重疊錯(cuò)誤：

l m＋k＞n

其中，l為級(jí)數(shù)，m為各級(jí)中ADC的粗分辨率，k為精細(xì)ADC的細(xì)分辨率，而n則是流水線ADC的總分辨率。圖1所示為MAX1200的4級(jí)流水線ADC的原理圖及每級(jí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其中m＝8，l＝4，n＝16。由于采用的開(kāi)關(guān)電容流水線結(jié)構(gòu)中存在著開(kāi)關(guān)電容之間的失配問(wèn)題，所以整個(gè)電路的精度由校正和校準(zhǔn)邏輯來(lái)控制。流水線結(jié)構(gòu)的4個(gè)采樣過(guò)程在輸入信號(hào)被采樣和數(shù)據(jù)輸出到D51－D0之間將引入一個(gè)等待時(shí)間，也就是流水線延遲。但是在連續(xù)采樣的情況下可以獲得連續(xù)的輸出。圖2所示為其數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖。

3 MAX1200與DSP的接口電路

美國(guó)TI公司的DSP芯片TMS320F206（以下簡(jiǎn)稱F206）是一種低價(jià)格、高性能的16位定點(diǎn)DSP，可廣泛應(yīng)用于圖形圖像處理、語(yǔ)音處理、儀器儀表、通信、多媒體及軍事等領(lǐng)域。它運(yùn)算速度快（可達(dá)40MIPS），功能強(qiáng)，其源代碼為’C1x、’C2x兼容，同時(shí)與'C5x向上兼容，而其片內(nèi)外設(shè)也向TMS320C5x靠攏。TMS320F206內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu)，它具有專門(mén)的硬件乘法器。該芯片采用四級(jí)流水線操作，可提供特殊的DSP指令，并可快速實(shí)現(xiàn)各種處理算法。圖3為MAX1200的外圍電路與TMS320F206的接口連接。

4 小結(jié)

利用流水線型ADC可以實(shí)現(xiàn)高速高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換，這一技術(shù)是新型ADC的代表。MAX1200與DSP配合使用可將高速、高精度、低功耗的數(shù)字采集系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于數(shù)字通訊、高分辨率圖象系統(tǒng)、掃描儀等各種數(shù)字化系統(tǒng)中。