一种多通道高精度ADDA转换电路的设计与实现Word文件下载.docx

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１０Ｖ转换精度：

１２ｂｉｔ数字信号接口：

并口板载电压：

　５Ｖ，±

１５Ｖ转换时间：

５ｍｓ（完成一次模

数、数模转换）

本文阐述了该多通道、高精度Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换电路的系统结构设计思想，给出了功能原理图，然后详

细说明了这个电路的工作及控制过程。

最后，为了保证电路的实现能够达到设计要求，还给出了电路实现时所应遵循的设计原则。

电路设计

系统结构设计

根据分析，电路的主要组成部分为ＡＤＣ、ＤＡＣ和逻辑控制器件。

按照以上要求，本文主要选用ＡＤＩ公司的ＡＤ７８９１－１、ＡＤ７８４１和Ｘｉｌｉｎｘ公司的ＣＰＬＤ　ＸＣ９５１０８－７　ＰＣ８４，其中ＡＤ７８９１－１、ＡＤ７８４１都是单片多通道转换器件，这样的选择可简化电路设计，减小电路尺寸，提高可靠性。

为了保证输入信号的驱动能力，以及保护ＡＤＣ免受不正常输入的破坏，在ＡＤＣ的前端加入了２片ＡＤｍｓ率，０．０００３％的谐波失真，４Ｍ的带宽，完全可满足ＡＤ７８９１－１以及整个系统的要求。

同时，为了保证转换精度，还采用了两个高精度电压基准。

其中

ＡＤ７８０为ＡＤ７８９１－１提供２．５Ｖ电压基准，ＡＤ５８８为ＡＤ７８４１提供±

５Ｖ电压基准。

根据所选择的器件，可设计出转换电路的功能结构，如图２所示。

在电路设计中，ＡＤＣ和ＤＡＣ直接对外提供数据接口。

ＣＰＬＤ提供对ＡＤＣ和ＤＡＣ的控制信号，并且提供对外的控制接口。

外部电路（如处理机）不直接控制ＡＤＣ和ＤＡＣ，而是通过ＣＰＬＤ进行转换控制。

这种统一的外部控制接口对外封装了内部控制逻辑，易于维护和功能扩充。

一种多通道、高精度Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换电路的设计与实现

■　　国防科技大学电子科学与工程学院ＡＴＲ实验室　　　　胡湘江　肖怀铁　付强　王远模

摘　　　　要：

本文介绍了一种用于主、被动雷达导引头信息处理系统的多通道、高精度Ａ＼Ｄ、Ｄ＼Ａ转换电路。

在分析电路需求的基础上，给出了电路的系统结构设计，详细说明了工作及控制过程。

关键词：

ＡＤＣ；

ＤＡＣ；

模数混合电路；

多通道

ｗｗｗ．ｅａｗ．ｃｏｍ．ｃｎ　电子设计应用　　２００３．１１

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工作及控制过程

ＡＤ７８９１－１有一个模式选择端ＭＯＤＥ，当ＭＯＤＥ置高电平时，表示ＡＤ７８９１－１工作在并口模式，置低电平时，则工作在串口模式。

两种模式的工作方式没有本质的区别，只是数据的读出与写入的方式不同，因此数据引脚的定义不同。

ＡＤ７８９１－１的启动有两种方式，

一种是通过引脚ＣＯＮＶＳＴ进行触发（即硬件控制方式），另一种是通过写控制字进行启动（即软件控制方式）。

ＡＤ７８９１－１启动后，不能象某些ＡＤＣ（例如ＡＤ７８６５）那样，通道自动进行轮流转换，因此，每次

转换都需一次启动。

其软件控制字格式如图３所示。

Ａ０，Ａ１，Ａ２确定了转换通道，

ＳＷＣＯＮＶ表示转换是否立即开始（１表示转换在写入控制字后立即开始，０表示由硬件方式控制），ＳＷＳＴＢＹ控制工作状态（１表示为休眠状态，０为工作状态），ＦＯＲＭＡＴ控制数据表示方式（１为补码，０为直接二进制）。

ＡＤ７８９１－１转换后的数据有两种格式，其±

１０Ｖ的转换如表１所示。

在本电路中，　ＡＤ７８９１－１工作在并口模式，并采用软件控制方式。

当进行ＡＤ转换时，ＣＰＬＤ获得信息处理机发出的转换开始和通道选择

控制信号，然后向ＡＤ７８９１－１发出ＷＲ写信号，将通道选择控制字写入ＡＤ７８９１－１控制状态寄存器，然后放弃数据线。

ＡＤ７８９１－１转换结束

后，向ＣＰＬＤ发出ＥＯＣ信号，同时将转换好的数据输出，ＣＰＬＤ利用这个ＥＯＣ信号作为读信号，同时送给ＡＤ７８９１－１和信息处理机。

比较起来，ＡＤ７８４１的控制较为简单。

当进行ＤＡ转换时，ＣＰＬＤ获得信息处理机的转换开始和通道选择控制信号，向ＡＤ７８４１同时送出通道输出选择和ＷＲ信号，同时转换开始。

３１µ

ｓ后，转换结束，模拟数据输出在相应的通道上。

ＡＤ７８４１采用二进制补码的编码方式，可参见表１。

电路实现原则

为了保证电路的转换精度和可靠性，合理的电路及ＰＣＢ设计是非常重要的，尤其对于模数混合电路来说，如何减少模拟电路和数字电路之间的相互串扰，是本文要精心考虑的问题。

在模数混合电路设计中，要重

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点考虑接地、电源、数字信号的干扰以及ＰＣＢ板的布局和走线等问题。

本电路应遵循的主要设计原则有：

１　在电路布局上，模拟电路和数字电路明确分开。

２　采用独立的接地层面，这样可使接地噪声尽快的消散，从而减小接地噪声的干扰。

３　数字电路和模拟电路采用不同的电源，模拟部分采用线性电源（本电路采用ＬＭ７８Ｌ０５为ＡＤ７８９１和ＡＤ７８０的模拟部分供电），数字部分直接采用开关电源。

在电源与地间接入一个具有良好频响特性的大容量电容，再并接一个具有好的高频特性的小容量电容，强制交流电流在尽可能短的环路上返回地。

４　在数字逻辑器件附近加上去耦电容，以避免器件产生的开关能量脉冲进入电源系统，减少过冲或

边缘振荡。

并且每个去耦电容都尽可能的靠近器件的引脚。

５　ＰＣＢ板上的模拟信号的输入采用同轴电缆直接接入靠近运放（ＡＤ７１３）输入端的插座上的方法，从而减少在板上的传输。

板上模拟信号走线与数字信号的走线应尽可能的远，且不要平行，因为长平行路径具有更大的电容。

如果需要交叉，也应尽可能的以９０°

角交叉。

模拟信号线应尽量粗短、平滑、转角圆滑且尽可能减少转折点，以减少转折点噪声。

数字信号线尽量简捷，过孔数目尽量减少。

结语

在这个电路设计中，选择的是单片多通道、高精度ＡＤＣ和ＤＡＣ，有效的限定了电路的尺寸，并增强了电路的可靠性。

采用ＣＰＬＤ完成整个电路的控制，并提供统一的对

外控制接口，电路配置简单、灵活。

电路及ＰＣＢ板的设计也遵循了模数混合电路的主要设计原则，增强了电路的可靠性，保证了转换的精度。

以上设计的电路已应用到某型号空对空导弹的主、被动雷达导引头处理样机当中，用于实现ＤＳＰ处理机和位标器之间的模数转换。

在实验室测试结果表明，本电路达到了设计指标，为工程化样机的设计提供了指导与经验。

■

参考文献

１　杨振江　　Ａ＼Ｄ、Ｄ＼Ａ转换器接口技术与实用线路　　　西安电子科技大学出版社　　１９９８

２　ＡＤＩ公司芯片手册　　ＡＤＩ公司２００２

（收稿日期：

２００３－０７－１３）

低噪声电压的目的。

图６所示为使能端ＥＮ１为高电平和低电平时，噪声电压的比较。

其中，Ｖ（ｎｇｎｄ）是地噪声；

Ｖ（ｎｖｄｄ）是电源噪声。

在实际应用中，设计者应该权衡考虑驱动速度和噪声。

在保证电路性能的前提下，尽可能地降低输出级的电压变化率，从而减小噪声电压。

本文分析了同步开关噪声产生的原因，即由直通电流和充／放电电流引起，并提出了先去除直通电流、再降低输出级的电压变化率的

方法，来减小同步开关噪声。

这个方法有效地降低了同步开关噪声，并具有可控性强、较高实用价值的特点。

１　Ｒ．　Ｓｅｎｔｈｉｎａｔｈａｎ　ａｎｄ　Ｊ．　Ｌ．　Ｐｒｉｎｃｅ，Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｇｒｏｕｎｄ　ＮｏｉｓｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ｐａｃｋａｇｅｄ　ＣＭＯＳＤｅｖｉｃｅｓ，　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ－ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ，　Ｖｏｌ．２６，　ｎｏ．１１，　ｐｐ．１７２４－１７２８，

Ｎｏｖ．１９９１．

２　Ｒ．　Ｓｅｎｔｈｉｎａｔｈａｎ　ａｎｄ　Ｊ．　Ｌ．　Ｐｒｉｎｃｅ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ＣＭＯＳ　ＯｕｔｐｕｔＤｒｉｖｅｒ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｔｏＲｅｄｕｃｅ　Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ

Ｎｏｉｓｅ，　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ

Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，　Ｖｏｌ．２８，　Ｎｏ．１２，　Ｄｅｃ．１９９３．３　Ｇ．　Ａ．　Ｋａｔｏｐｉｓ，　Ｄｅｌｔａ－Ｉ　ＮｏｉｓｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ａ　Ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ　，　Ｐｒｏ．　　ＩＥＥＥ，

ｖｏｌ．７３，　ｎｏ．９，　ｐｐ．　１４０５－１４１５．　Ｓｅｐｔ．１９８５．

77

电子设计应用

ELECTRONICDESIGN&

APPLICATIONWORLD

Ｇｕｉｄｅ

Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，　２００３

Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　Ｉｍｐｒｏｖｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

Ｈｏｗ　ｔｏ　Ｕｓｅ　ａ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｆｏｒ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｃｏ－ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳｙｓｔｅｍＳｔｕｄｉｏ，　ＶＣＳ　ａｎｄ　ＤｅｓｉｇｎＷａｒｅ　ＩＰ

Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｈａｒｄｗａｒｅ　／ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃｏ－ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ｂｅ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｃｏｍｐｌｅｘＳｏＣ誷．　Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｈａｖｅ　ｒｅａｃｈｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｌｉｍｉｔｓ．　Ａｓ　ｂｏｔｈ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃａｎ　ｏｎｌｙ　ｂｅｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｔｅｘｔ，　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ．　Ｓｙｎｏｐｓｙｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｏｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ．

ComparisonofWidebandChannelisationArchitectures

Ｂｙ　ｍａｋｉｎｇ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｅｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｗｉｄｅｂａｎｄ　ｃｈａｎｎｅｌｉｓａｔｉｏｎ，　ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ　ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｙｐｅｓ．　Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，　ｍａｎｙ　ｒｅａｌ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ａｒｅｇｉｖｅｎ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，　ｐｌａｃｅｄ，　ｒｏｕｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ＦＰＧＡ＇ｓ．

High-SpeedADCofSignalProcessorDynamicPerformanceTesting

Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　　ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ａ／Ｄ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＡＤＣ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｏａｒｄ，　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎｇｕｉｄｅ　ｐｒａｔｉｃａｌ　ｗｏｒｋ．

HardwareDesignofEmbeddedMeasurement-ControlSystemBasedonMPC860

Ａｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ－ｃｏｎｔｒ