12b双通道高速A/D转换器AD9238的原理及应用

3．4 工作时序

AD9238的数据输出会有7个时钟周期的流水线延迟，如图3所示。开始采样后前7个数据是无用的，应该在后端数字信号处理时舍弃掉。



AD9238两个通道的12 b数字信号输出（D0＿A－D11＿A和D0＿B－D11＿B）是独立的。一般情况下，他们各自独立的输出转换结果。当把AD9238两个通道的时钟输入CLK＿A，CLK＿B和管脚MUX＿SELECT连接在一起时，系统处于单通道输出工作状态。此时当时钟上升沿到来时，转换数据分别送给各自对应的通道；当时钟下降沿到来时，转换数据分别送给相反的通道。这样在一个时钟周期内，数据结果可以从一个通道输出，另外一个不用的输出通道可以通过管脚OEB＿A（或OEB＿B）关闭掉。可以看到，这时数据率是采样率的2倍。

3．5　数字输出数据格式

AD8138输出数据为TTL/CMOS兼容电平（可以设置成2.5V或者3.3V），通过设置DFS可以使AD8138输出数据格式为偏移二进制码（DFS接AGND）或者是二进制补码（DFS接AVDD）。

另外，管脚OTR＿A和OTR＿B为溢出标志位，当某个通道的输入模拟信号幅度超出范围，对应通道的溢出标志位会输出高电平。

3．6　电压参考

AD8238内部有一个稳定精确的0．5 V电压参考。调整AD9238的参考电压可以改变输入信号范围，调整的方法有2种：内部参考和外部参考。输入范围根据参考电压的改变做线性变化。当把SENSE（第9脚）接地时，VREF 被设置成1 V，此时器件采用内部参考，输入信号范围为2Vp-p。有关管脚的接法如图4所示。



当把SENSE（第9脚）直接与VREF管脚连接时，输入信号范围为1Vp-p当在SENSE管脚、VREF管脚和模拟地三者之间串接2个电阻R1和R2时，输入信号范围为可改变的，即VREF＝0．5×（1＋R2/R1）。上述两种情况都属于内部电压参考。

当把SENSE管脚接到AVDD时，内部参考无效，采用外部电压参考。这种情况使用不多，不再做详细介绍。

在设置电压参考时，主要是改变SENSE管脚的接法，REFT和REFB管脚的接法如图4所示。值得注意的是，AD8238对每个通道都提供了电压参考，如果采用共享电压参考模式可以取得较好的性能。此时需要把SHARED＿REF管脚（第62脚）接高电平，2个通道的REFT和REFB管脚互相连接（即REFT＿A接REFT＿B，REFB＿A接REFB＿B），他们各自的去耦和隔离电容接法仍同图4所示。



4　AD9238设计实例

AD9238在通信接收机的射频采样中有很好的应用，现介绍一个在通信I/Q两路数据采集中的具体设计实例。

如图5所示，该数据采集电路由时钟电路、运放驱动电路、A/D转换电路、FPGA电路组成。FPGA主要完成和DSP芯片之间数据的缓冲、转换及传递，利用握手信号实现异步通信。该电路工作在2Vp-p差分工作模式，采用内部电压参考，最高采样频率可达40 MS/s。下面主要对运放驱动电路和A/D转换电路做详细的介绍。

4．1　运放驱动电路

AD9238两个通道分别采用一个AD8138做为运放驱动芯片。I/Q两路中频模拟信号分别经过2个AD8138变为差分信号送给A/D转换器（第2，3，14，15管脚）。图6给出了其中一路的具体电路图，另一路与此基本相同。

4．2　A/D转换电路

该部分电路是整个数据采集电路的核心，下面仅就原理图设计的有关重要管脚进行说明，PCB设计不做详细讨论。

4．2．1　输入信号

包括模拟输入（管脚2，3，14，15）和时钟输入（管脚18，63），其中时钟输入由外部供给可调的时钟，经过反 相器后送给A/D转换器。

另外还有2个通道的输出使能（管脚22，59），由FPGA提供，低电平有效，可以根据通信系统需要控制A/D转换器实时的开始或者停止采样。



4．2．2　电压参考

包括的主要管脚是第6，7，8，9，10，11，62个管脚，在3．6中已经对这些管脚的接法做了详细的讨论。该数据采集电路板采用2 VP－P差分工作模式，使用内部电压参考，两通道工作在共享电压参考模式。

4．2．3　电源和地

AD9238有4组模拟电源和模拟地管脚（第5，12，17，64为AVDD，第1，4，13，16为AGND）、3组数字电源和数字地管脚（第29，49，52为DRVDD，第28，40，53为DRGND），他们的具体接法见3．3说明。值得注意的是，在进行PCB设计时，电路的模拟部分（模拟电源、模拟地等）和数字部分（数字电源、数字地等）应该分开布局，然后把模拟地和数字地单点连接。

4．2．4　输出信号

转换后得到12位I/Q两路的数字信号（D0＿A－D11＿A和D0＿B－D11＿B）分为2个通道输出给FPGA。溢出标志（OTR＿A和OTR＿B）为高电平有效，可外接一发光二级管做为电路溢出指示灯。

4．3　电路测试方法

在电路板设计制作完成后要对其进行测试，图7为该数据采集板的测试连接图。

采用任意波形发生器产生时钟信号和模拟信号（2个通道共用）提供给试验板，这样可以方便地对不同频率和幅度的信号进行调试；稳压电源分别给电路板提供模拟电源和数字电源；逻辑分析仪在读时钟驱动下读取采集到的两路12 b数字信号，导出后可在电脑上进行分析计算。