[讨论] 高性能模/数转换器AD6645及其应用

1概述
    AD6645是美国AD公司继AD9042、AD6640和AD6644之后推出的第四代宽带模/数转换器。包括跟踪保持放大器（T/H）和基准电压源等在内的所有功能都集成在片内，以实现完整的A/D转换设计。为满足多通道、多模式接收机的要求，AD公司在高速互补双极工艺（XFCB）的基础上，采用1 种先进的多路径结构，将AD6645设计成为1种高速、高性能的单片14位A/D转换器。标准采样率达到80MSPS，双音无杂散动态范围（SFDR）为 100dB；噪声性能也相当好，典型的信噪比为74.5dB。数字输出采用2的补码形式，电平与LVCMOS兼容。
    AD6645适用于宽带系统（如多载波的3G蜂窝系统和无线通信）中的单信道和多信道数字接收机，其很高的SFDR和过采样性能，可以降低系统对前端射频元器件的要求，从而降低系统的复杂性，也能降低生产成本。
    AD6645的主要特点是：

（1）高采样速率。标准采样率达到80MSPS，其高性能的输入级电路可以保证对频率高达200MHz的信号进行中频采样;
（2）高分辨率（14位）和宽动态范围（100dB）;
（3）模拟信号差分输入方式;
（4）输出数据格式采用2的补码形式;
（5）完整的解决方案，片内包含跟踪保持放大器和基准电压源;
（6）采用＋5V和＋3.3V两组电源分别为模拟部分和数字部分供电，功耗约为1.5W;
（7）采用增加散热的52引脚LQFP?ED型封装。

2工作原理
    图1是AD6645的内部结构框图。采用3级转换结构，这种设计可以满足转换精度和速度的要求，同时又能保证低功耗和小尺寸。
    AD6645采用差分输入方式，有AIN和AIN两个互补的模拟输入引脚，每个输入都以＋2.4V的基准电压为中心，围绕该参考电压可以有0.55V的摆幅波动，因此，差分模拟输入的信号幅度为2.2V_P－P。
    模拟输入经过缓冲后送到第一级取样保持（TH1）电路，在ENCODE脉冲的高电平期间，TH1置为保持模式。TH1的保持值送到5位的ADC1进行粗转换，ADC1的输出驱动数/模转换器DAC1。DAC1采用激光修整技术，使精度达到14位。DAC1的输出被延迟的模拟信号相减后得到第一级剩余信号，经放大后输入到TH3。TH2作为模拟流水工作以抵消ADC1产生的延迟。第一级剩余信号送到第二级进行转换，第二级包括1个5位的ADC2、DAC2和延迟流水线TH4。DAC2具有10位精度。由TH4保持的第一级剩余信号减去DAC2的量化输出信号后得到第二级剩余信号。第二级剩余信号作为TH5的输入，TH5驱动最后一级的6位ADC3。ADC1、ADC2和ADC3的输出在数字误差校正逻辑电路中合并，并加以校正，产生最后的14位并行数据，以 2的补码形式输出。

图1AD6645的内部结构框图

3引脚功能
    图2是AD6645的引脚排列图，各个引脚功能见表1。

表1AD6645的各个引脚功能　

4应用说明
4.1时钟信号（ENCODE）
    为了保证14位的转换精度，AD6645的时钟信号必须由高稳定度的、极低相位噪声的时钟源提供。当时钟抖动过大时，对于70MHz的模拟信号输入而言，电路的SNR性能会降低3dB～4dB。同时，为了达到最佳性能，AD6645的时钟应采用差分方式输入，如图3所示。由于两个引脚内部有偏置电路，故不需外加偏置。在图3中，通过射频变压器将单端的时钟信号转换成差动信号供给AD6645，变压器次级有两只反向连接的肖特基二极管，以使时钟信号幅度限制在0.8VP?P左右，防止过大电压摆幅的时钟信号通过反馈产生噪声。

图2AD6645的引脚排列

图3AD6645的时钟输入方式

4.2模拟输入（AIN）
    与大多数高速、大动态范围的A/D转换器一样，AD6645的模拟输入采用差分方式。差分方式输入能改善对高次谐波的抑制，同时，对于电源或地线上的寄生噪声以及由于反馈引起的本地振荡等共模信号都有很高的抑制能力。
    AD6645的模拟输入偏置为到地电压＋2.4V，片内每个输入端都通过1只50Ω的电阻器连到＋2.4V的基准点和输入缓冲器上。为了保证输入端可靠偏置，使输入跟随器有最大的线性范围，AD6645的模拟输入端应采用交流方式耦合。AD6645的差分输入阻抗约为1kΩ，模拟输入功率只需－2dBm。
4.3数据输出
    AD6645的数据输出电压摆幅是恒定的，为了避免输出延时的加大，应使其容性负载最小。接收AD6645输出数据的接收器应选用74LCX574之类的 CMOS门电路，而且，每1个数据输出引脚只能驱动1个门。通常，1个典型的CMOS门加PCB线的等效电容大约为10pF，转换过程中，AD6645每 1位的开关将使该位流出或吸入10mA的动态电流，1次满刻度转换可引起输出级140mA的电流通过。因此，为限制流过AD6645输出级的电流过大，需要在AD6645和CMOS门接收器之间串接限流电阻器，并且，在制作PCB板时要将限流电阻器尽量靠近AD6645安装。