基于ARM+FPGA控制的LTC2207采集應(yīng)用

引言

數(shù)據(jù)采集技術(shù)是一種流行且實(shí)用的電子技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、儀器儀表等領(lǐng)域。近年來(lái),隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)也呈現(xiàn)出速度更高、通道更多、數(shù)據(jù)量更大的發(fā)展趨勢(shì)。

本設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件是凌力爾特公司的A/D轉(zhuǎn)換芯片LTC2207。本文研究了在ARM核S3C2440芯片和FPGA的控制下對(duì)直流數(shù)據(jù)和正弦信號(hào)的采集應(yīng)用，并進(jìn)行了相關(guān)的仿真驗(yàn)證。

1 LTC2207芯片介紹[1]

1.1 LTC2207的功能特性

LTC2207是16位A/D轉(zhuǎn)換器，它的采樣速率為105 Msps。LTC2207是針對(duì)輸入頻率為700 MHz的高頻、寬動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理而設(shè)計(jì)的。它可以利用PGA前端(輸入范圍為 1.5VPP 或2.25VPP )對(duì)該ADC的輸入范圍進(jìn)行優(yōu)化。

LTC2207非常適合于要求苛刻的通信應(yīng)用。它的AC性能包括78.2 dB噪聲層和100 dB無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR);250 MHz時(shí)SFDR>83 dB(輸入范圍為1.5VPP時(shí));80fsRMS的超低抖動(dòng)實(shí)現(xiàn)了高輸入頻率的欠采樣和卓越的噪聲性能;最大DC規(guī)格包括整個(gè)溫度范圍內(nèi)的±4LSB INL、±1LSB DNL(無(wú)漏失碼)。

LTC2207具有單一的3.3 V供電電源，單一的電源允許CMOS輸出擺幅為0.5～3.6 V。它同時(shí)具有700 MHz全功率帶寬 S/H (采樣及保持)，可選的內(nèi)部抖動(dòng)和數(shù)據(jù)輸出(Randomizer)隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器，功耗為900 mW。LTC2207可利用正弦波時(shí)鐘、PECL、LVDS、TTL或CMOS輸入對(duì) ENC+和 ENC-輸入進(jìn)行差分或單端驅(qū)動(dòng)。可任選的時(shí)鐘占空比穩(wěn)定器在全速和多種時(shí)鐘占空比條件下實(shí)現(xiàn)了高性能。

LTC2207的引腳說(shuō)明略——編者注。

1.2 LTC2207的時(shí)序說(shuō)明

LTC2207時(shí)序圖如圖1所示。LTC2207是帶有前端PGA的CMOS多步轉(zhuǎn)換器。模擬輸入是差分信號(hào)以提高共模噪聲抑制，最大限度地利用輸入范圍。此外，差分輸入信號(hào)可以降低取樣保持電路的諧波。編碼輸入也比共模抑制輸入具有更強(qiáng)的抗干擾能力。

圖1 LTC2207時(shí)序圖

LTC2207的采集取決于ENC+/ENC-輸入引腳的狀態(tài)，由圖1可知LTC2207在ENC+引腳的上升沿時(shí)(ENC-引腳的下降沿時(shí))采樣模擬輸入信號(hào)。它有5個(gè)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換階段，經(jīng)過(guò)7個(gè)周期后,一個(gè)模擬采樣輸入就會(huì)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字值，數(shù)字輸出上/下溢出則由OF引腳上的邏輯高電平表示。

此A/D轉(zhuǎn)換器有一個(gè)延遲的編碼輸入作為數(shù)字輸出，提供了CLKOUT+和CLKOUT-兩信號(hào);需要使用正弦時(shí)鐘編碼信號(hào)CLKOUT+/CLKOUT-將數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)換到數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)據(jù)在CLKOUT+的上升沿或CLKOUT-的下降沿鎖存，在CLKOUT+下降沿和CLKOUT-上升沿時(shí)更新。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

信號(hào)采集部分主要完成對(duì)模擬信號(hào)的調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換芯片的采集。A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入信號(hào)是差分的，而被采集的信號(hào)是單端的，這就需要把單端信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)。輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)MAX4201緩沖后，由差分驅(qū)動(dòng)器AD8131轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換芯片LTC2207。

采用LVDS轉(zhuǎn)發(fā)器MAX9150轉(zhuǎn)換FPGA所給的時(shí)鐘信號(hào)，作為L(zhǎng)TC2207的采集控制信號(hào)ENC。MAX9150的轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

圖2 MAX9150的轉(zhuǎn)換電路

圖3 采集輸入信號(hào)的前端調(diào)理電路

LTC2207的模擬差分信號(hào)輸入前端的調(diào)理芯片采用低噪聲、低功耗、超高速開環(huán)緩沖器MAX4201和高速差分驅(qū)動(dòng)器AD8131。采集輸入信號(hào)的前端調(diào)理電路如圖3所示。圖中MAX4201采用±5 V供電，對(duì)地并聯(lián)的電容給電源濾波，為緩沖器提供無(wú)干擾的電源。緩沖后的信號(hào)，由MAX4201的5引腳輸出，其輸出阻抗是50 Ω，再經(jīng)過(guò)AD8131完成單端到差分的轉(zhuǎn)換。

LTC2207的采集控制電路如圖4所示。其中，AIN+、AIN-為差分模擬輸入信號(hào);ENC+、ENC-為采集芯片的時(shí)鐘控制信號(hào);D0～D15為16位數(shù)據(jù)輸出信號(hào);CLKOUT+、CLKOUT-為時(shí)鐘輸出信號(hào)。

圖4 LTC2207的采集控制電路圖