高速数模转换器AD9057 在软件无线电中的应用

谢白玉，宋 蕊

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475003）

0 引言

软件无线电通信的基本特征之一就是将A/D转换尽可能地向射频（RF）端靠近。 理想的软件无线电系统要求减少模拟环节，把数字化处理（A/D、D/A）尽量靠近天线， 让所有的信号处理均在数字域中完成[1]。 因此，在软件无线电中研究模数转换（A/D）技术，对于软件无线电具有重要的意义，模数转换器也成为软件无线电的核心器件。 在种类繁多的模数转换器中，美国ADI(Analog Device International)公司设计生产的模数转换器一直备受推崇， 而AD9057 更是其中的佼佼者，它以速度高、功耗低、尺寸小、价格低等诸多优点在现代电子设备中得到广泛的应用。

1 AD9057 的性能特点和功能

1.1 AD9057 的主要特点[2]

（1）内含8 位低功耗模数转换器，且具有120MHz模拟信号带宽。 （2）片内带有2.5V 基准电压源和跟踪/保持电路，可输入模拟电压峰-峰值（Vp-p）为1V。（3）采用单一+5V 电源供电，且适用于+5V、+3V 及+3.3V 供电的数字逻辑系统。 （3）具有休眠模式，在休眠模式时的功耗低于10mW。 （4） 具有40MHz、60MHz、80MHz 3 个采样速率等级，可任意选用。 （5）采用20 脚贴片式塑料封装（20-SSOP）形式，工作温度范围为-40℃～+85℃。

1.2 AD9057 的引脚配置与引脚功能

AD9057 的引脚配置如图1 所示[2]。 表1 所列为AD9057 的各引脚功能说明。

2 AD9057 在软件无线电中的应用

图1 AD9057 引脚配置图Fig.1 AD9057 pin configuration

AD9057 模数转换器以速度高、 功耗低、 尺寸小、价格低廉、使用方便等优点，以及卓越的高速采样和带宽模拟信号输入性能， 成为软件无线电中模数转换的理想选择器件。 图2 为应用AD9057 高速模数转换器在软件无线电中完成信号数字化的实际电路原理图，即ADC 采样电路。

2.1 模拟信号的输入

AD9057 的模拟信号输入为单极输入，输入端内阻约150 kΩ，采用单一＋5V 电源供电。 输入时，模拟信号首先在输入端缓冲， 然后提供给跟踪/保持电路(Trace/ Hold circuit)。 该电路能够在整个数据转换期间保持输入信号的稳定。 另外，在AD9057 的输入端，必须提供一个约+2.5V（±10%误差、6μA 负载能力) 的直流偏置电压， 这个电压可以由其他电路提供， 也可以直接由AD9057 的BIAS OUT 脚提供[2～3]。 AD9057 的模拟信号输入耦合方式通常有交流耦合和直流耦合两种形式 （如图3 所示）。 本文的设计电路采用交流耦合的方式。

表1 AD9057 的引脚功能Table 1 AD9057 pin function

图2 运用AD9057 设计的ADC 采样电路Fig.2 ADC sampling circuits designed by AD9057

图3 AD907 的模拟信号输入耦合电路Fig.3 AD9057 coupled circuit of analog signal input

2.2 参考电压

AD9057 具有一个稳定的高精度的内建+2.5V基准电压（负载能力300μA），由VREF OUT 脚输出，可直接输入到VREF IN 脚。参考电压的输出端用一0.1μF 的瓷片电容去耦。此时，模拟信号的峰-峰值、中心值以及电压范围等参数为： 峰-峰值VRANGE(p-p)=1V； 中心值VM IDSCALE=2.5V； 电压上限VTOP=3.0V；电压下限VBottom=2.0V。

2.3 数字逻辑接口

AD9057 的数字逻辑接口的通用性使之可以很方便地用于由+5V 或+3V（＋3.3V）供电的数字系统。对于输入信号(主要是采样时钟ENCODE 和掉电控制PWRDN)，逻辑“1”的电平只需大于+2V，逻辑“0”的电平只需小于+0.8V 即可。 对于输出信号，当数字电源VDD 为+5V 时，输出逻辑“1”的电平将大于+4.95V。 当数字电源VDD 电压为+3V 时，输出逻辑“1”的电平将大于+2.95V，而两种情况下逻辑“0”的电平均小于+0.05V[2,4]。 本文数字接口采用＋3.3V电源，这样可方便地使ADC 与后续电路中FPGA 的通用I/O 口直接互联，而无需在ADC 和FPGA 之间进行电平转换，或是增加缓存芯片。

2.4 时序和功耗

依据芯片的采样速率等级，AD9057 的采样频率为5～80MSPS，采样时钟的占空比为50%。 本设计采用70 MSPS 采样。 占空比的变化将影响AD9057的工作性能；AD9057 在全速工作时的功耗约190～280 mW，在休眠模式时的功耗约6～10mW。

2.5 AD9057 的应用说明

AD9057 在使用上非常简单，对外部条件的要求并不苛刻，调试起来也不复杂。 但是，在具体设计应用线路时，尤其是在印刷线路板的布局布线上，一定要遵循以下规则，否则将可能造成信号噪声增大甚至根本没有数字数据输出。

（1）电源的选择。 电源的噪声问题不容忽视，最好选用低噪声线性电源，如三端稳压器78L12、78L05，且线性电源应尽可能靠近高速模数转换器。 一般不要用开关电源，因为开关电源的噪声很大，且很难去除。

（2）采样时钟的处理。采样时钟输入端为ENCODE端，输入的时钟信号应作为模拟信号来处理，并远离其他模拟和数字信号，以免引起噪声干扰。 时钟信号的稳定性直接影响高速模数转换器的性能[5]。 在靠近AD 的地方，可以用与非门（74F00）来改进时钟的性能，从而减少过冲和振铃干扰。

（3）电源的去耦。 模拟电源、数字电源、基准电源和输入公共端等应采用0.1μF 的电容和2.2μF 的双极性电容并联，达到去除高频耦合信号的目的。同时，应使去耦电容尽量靠近高速模数转换器，以减少寄生的电容和电感。

（4）地的处理。 模拟信号地和数字信号地应尽量分隔开，这样有助于消除电容性耦合和干扰。

3 结语

作为未来通信的发展方向，软件无线电以其灵活性和通用性引起了全世界的关注。 而A/D 和D/A转换部分在软件无线电中起着关键的作用。 因此，器件的选取及外围电路的设计显得非常重要，尤其是在抗干扰方面应更加注意。 AD9057 以其优越的性能成为目前软件无线电接收机中A/D 转换器的理想选择。 随着芯片技术的不断提高，AD9057 将更广泛地应用于高速数据采集系统、医学影像设备及数字化超声波设备等系统之中。

[1] 杨小牛，楼才义，徐建良. 软件无线电原理与应用[M]. 北京:电子工业出版社，2001:95-176.

[2] Analog Device 公司. AD9057 Data sheet RE V. B[EB/OL]. [2010-05-10] www.analog.com, 1998.

[3] 丛培田，韩辉，刘玉梅. 高速模数转换器AD9057 在数字化超声波探伤仪中的应用[J]. 仪表技术与传感器，2008(4):64-65.

[4] 廖慧，牟军敏. 基于AD9057 的高速数据采集系统的设计与实现[J]. 交通与计算机，2004(5):97-99.

[5] 刘铁兵，汤黎明，凌刚，等. 高速模数转换器AD9057 的原理与应用[J]. 国外电子元器件，2008(10):54-56.