CN0304 低功耗DDS波形發(fā)生器

CN0304 DDS的一種替代方案是AD9838。該器件具有功耗低的特點(diǎn)(11 mW)，功能與AD9834相同，但時(shí)鐘速率較低，為16 MHz。 本電路筆記中使用的緩沖器是電流反饋放大器AD8014。這種方案的一種替代方案是ADA4860-1。該器件是一款低成本、高速(800 MHz，?3 dB帶寬)、低功耗(22.5 mW @ 5 V)電流反饋運(yùn)算放大器，但其壓擺率較低，為790 V/μs。 另一種替代方案是ADA4897-1。這是一款單位增益穩(wěn)定、低寬帶噪聲、軌到軌輸出高速電壓反饋放大器，其輸入電壓噪聲為2.4 nV/√Hz(10 Hz)，無雜散動態(tài)范圍(SFDR)為?80 dBc(2 MHz)。 ADA4851-1也可用作緩沖器。這是一款低成本、低功耗、高速(?3 dB帶寬：130 MHz)器件，但其壓擺率要低得多，為375 V/μs。 設(shè)備要求 EVAL-CN0304-SDZ 評估板 EVAL-SDP-CB1Z 評估板 AD9834 評估軟件 Agilent E3631A三路輸出直流電源（或等效設(shè)備） Rohde和Schwarz FSUP50信號源分析儀 Agilent E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀(僅在評估濾波器響應(yīng)時(shí)需要) 濾波器響應(yīng)測量 用一臺網(wǎng)絡(luò)分析儀測量濾波器的頻率響應(yīng)，所用設(shè)置如圖8所示。 ? 圖8.用于測量濾波器響應(yīng)的測試設(shè)置 ? 對EVAL-CN0304-SDZ評估板進(jìn)行了改裝，將來自網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號施加到濾波器的輸入端。濾波器的輸出連接至分析儀的第二個(gè)端口上。 ? 圖9. DDS輸出的測試系統(tǒng)功能框圖 ? EVAL-CN0304-SDZ的5 V電源來自SDP卡的5 V USB電壓。按照如下方式設(shè)置跳線：LK1位于B位，LK2位于B位，移除LK3。 用AD9834評估軟件(位于：ftp://ftp.analog.com/pub/evalcd/AD9834/)設(shè)置DDS的輸出頻率和幅度。詳見 AD9834評估板用戶指南UG-266。UG-266中描述的硬件并沒有7階輸出濾波器；但圖形用戶界面和軟件運(yùn)行情況與EVAL-CN0304-SDZ硬件完全相同。 CN0304印刷電路板照片如圖10所示。 ? 圖10.EVAL-CN0304-SDZ評估板的照片 ? AD9834是一款75 MHz完整的低功耗(20 mW) DDS，旨在提供最高4 mA的真正的互補(bǔ)電流輸出，輸出頻率最高為37.5 MHz。 AD8014是一款高速電流反饋放大器，頻率為400 MHz，帶寬為?3 dB，壓擺率為4000 V/μs，建立時(shí)間為24 ns。該器件具有超低電壓噪聲和電流噪聲、低失真等特點(diǎn)。低功耗(5.2 mW @ +4.5 V)、低成本和30 mA電流驅(qū)動能力，這使得AD8014成為AD9834輸出的一種頗具吸引力的緩沖器解決方案。對于AD9834，電路工作電壓為+3.3 V，AD8014為+4.5 V。DDS采用SPI接口。該電路由三個(gè)模塊組成：DDS模塊、緩沖器模塊和低通濾波器模塊。電路總功耗約為25 mW。 DDS電壓輸出 滿量程調(diào)整(FSADJUST)電壓和外部電阻 RSET決定滿量程DAC電流的幅度。FSADJUST的標(biāo)稱值為1.15 V， RSET 電阻的典型值為6.8 kΩ。 AD9834的滿量程電流如下： IFULLSCALE = 18 × (FSADJUST/RSET) 該電路采用200 Ω的額定負(fù)載和最大滿量程電流，以實(shí)現(xiàn)所需電壓輸出而不超過DAC的順從范圍。 IFULLSCALE = 18 × (1.15/6800 Ω) = 3 mA， VOUT = 3 mA × 200 Ω = 0.6 V 板載兩個(gè)電流輸出：IOUT和IOUTB。IOUT未經(jīng)濾波，IOUTB經(jīng)過濾波。 緩沖放大器 由于DDS輸出端的電流和電壓順從范圍有限，因而需要一個(gè)緩沖器向低通濾波器提供較高的電流驅(qū)動能力。另外，緩沖器提供了DDS模塊與濾波器模塊之間的隔離，并將載入的DDS的200 Ω輸出阻抗轉(zhuǎn)換成驅(qū)動端接濾波器所需的50 Ω。在本電路筆記中，低功耗高性能電流反饋運(yùn)算放大器AD8014用作AD9834的輸出緩沖器。其輸出驅(qū)動電流大于等于30 mA。AD8014電流反饋運(yùn)算放大器中的反饋電阻設(shè)定運(yùn)算放大器的帶寬。AD8014是一種高速電流反饋放大器，頻率為400 MHz，帶寬為?3 dB，壓擺率為4000 V/μs，建立時(shí)間為24 ns。 圖2所示為510 Ω的反饋電阻。由于運(yùn)算放大器采用單極性電源供電，因此，輸出需要以電源電壓中間值為中心，以防止發(fā)生削波。A點(diǎn)處的分壓器為正弦信號提供2.25 V的直流失調(diào)電壓，得到2.25 V ± 0.3 V的輸出擺幅。有關(guān)單電源應(yīng)用中運(yùn)算放大器的正確偏置問題，請參閱 應(yīng)用筆記AN-581“單電源應(yīng)用中的偏置和去耦運(yùn)算放大器”。有關(guān)電流反饋放大器的更多信息，請參閱 指南MT-034，電流反饋(CFB)運(yùn)算放大器。 圖2. AD8014輸入和反饋連接 ? 七階橢圓低通濾波器 抗鏡像重構(gòu)必須對采樣系統(tǒng)內(nèi)在的鏡像頻率進(jìn)行衰減處理，如圖1所示。 有四種基本濾波器可以用作重構(gòu)濾波器：考爾(橢圓)、切比雪夫、巴特沃茲和貝塞爾。圖3展示了這四種基本濾波器的響應(yīng)曲線。 圖3. 四種基本濾波器的響應(yīng)曲線 ? 在階數(shù)相同的情況下，橢圓濾波器的滾降率比其他三種濾波器高，這使其成為重構(gòu)濾波器的不錯(cuò)選擇。本電路筆記中使用的濾波器是一款7階橢圓濾波器，?3 dB帶寬為18 MHz。 器件選擇 用于實(shí)現(xiàn)濾波器的電阻、電容和電感均為無源器件，并且受高頻影響，都必須符合以下要求： 低寄生電容和電感。 低容差值，以使實(shí)測響應(yīng)接近設(shè)計(jì)響應(yīng)。 寬溫度范圍。 小尺寸，以最大限度減少寄生電容和電感。 這些只是確保實(shí)測濾波器響應(yīng)接近仿真濾波器響應(yīng)的一些標(biāo)準(zhǔn)。 有關(guān)如何針對具體應(yīng)用選擇無源器件的更多信息，請參閱基本線性設(shè)計(jì)：第10章“無源器件”。 濾波器設(shè)計(jì)與性能 七階橢圓濾波器如圖4所示，濾波器的仿真和實(shí)際頻率響應(yīng)如圖5所示。使用的軟件是Advances Design System (ADS)，版本為2012.08。實(shí)際濾波器件和制造商可在CN0304設(shè)計(jì)支持包中的物料清單中找到： http://www.analog.com/CN0304-DesignSupport。 圖4. 七階并聯(lián)連接低通濾波器 ? 圖5. 七階橢圓濾波器的仿真和實(shí)測頻率響應(yīng) ? 實(shí)測濾波器響應(yīng)是用Agilent E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀得到的。結(jié)果顯示，?3 dB帶寬為18 MHz。受源和負(fù)載端接影響，通帶衰減約為6 dB。 為了檢查電路的性能，DDS性能測試時(shí)，將AD9834的輸出頻率設(shè)為15 MHz，時(shí)鐘為75 MSPS。未濾波輸出和濾波輸出分別如圖6和圖7所示。 如圖7所示，圖6未濾波頻譜中出現(xiàn)的干擾鏡像顯著減少。相對于未濾波輸出，60 MHz下的最高鏡像雜散被抑制了大約52 dB。這相當(dāng)于濾波器在60 MHz下的實(shí)測衰減。 圖6. AD9834的未濾波輸出(15 MHz，在IOUT下測得) ? 圖7. AD9834的濾波輸出(15 MHz，在IOUTB下測得) ? 濾波器使AD9834 的600 mV p-p輸出衰減約6 dB，正弦x/x滾降使其再衰減1 dB。因此，進(jìn)入50 Ω負(fù)載的輸出約為268 mV p-p，或94.7 mV rms。這相當(dāng)于0.179 mW或?7.5 dBm。 有關(guān)DDS重構(gòu)濾波器設(shè)計(jì)的更多信息，請參閱 應(yīng)用筆記AN-837，基于DDS的時(shí)鐘抖動性能與DAC重構(gòu)濾波器性能的關(guān)系。 本電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實(shí)現(xiàn)最佳性能，必須采用適當(dāng)?shù)牟季?、接地和去耦技術(shù) (請參考 指南MT-031，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接地并解開“AGND”和“DGND”的謎團(tuán) 以及 指南MT-101，去耦技術(shù))。 包括原理圖、電路板布局和物料清單在內(nèi)的完整設(shè)計(jì)支持包可在以下網(wǎng)址找到：http://www.analog.com/CN0304-DesignSupport。 CN0304 低功耗DDS波形發(fā)生器 CN0304 圖1所示電路為一款75 MHz低功耗(合計(jì)25 mW)直接數(shù)字頻率合成(DDS)波形發(fā)生器。輸出緩沖器和抗鏡像濾波器提供更好的頻譜性能， CN0304 | circuit note and reference circuit info Low Power DDS Waveform Generator | Analog Devices 圖1所示電路為一款75 MHz低功耗(合計(jì)25 mW)直接數(shù)字頻率合成(DDS)波形發(fā)生器。輸出緩沖器和抗鏡像濾波器提供更好的頻譜性能，適合要求最高18 MHz的正弦波、三角波和方波輸出的頻率生成或時(shí)鐘應(yīng)用。 由于低功耗DDS器件屬于采樣數(shù)據(jù)器件，因此，其后必須采用合適的抗鏡像濾波器以消除頻譜鏡像。然而，在建議的200 Ω負(fù)載下，最大電流輸出大約為4 mA；因此，在DDS輸出端設(shè)置一個(gè)優(yōu)化的低功耗、低失真運(yùn)算放大器緩沖器，可以為高品質(zhì)50 Ω濾波器提供低阻抗驅(qū)動源。 DDS、輸出緩沖器和七階橢圓低通濾波器的組合可帶來高品質(zhì)的頻譜性能。 圖1. 低功耗波形發(fā)生器(原理示意圖： 未顯示所有連接和去耦) ?

• 75MHz低功耗DDS
• 高達(dá)18MHz輸出
• 七階橢圓濾波器

(analog)