高性能8位210 MSPS TxDAC® D/A转换器AD9748深度解析

在电子设计领域，高性能、低功耗的数模转换器（DAC）一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入探讨一下Analog Devices公司的AD9748，一款8位分辨率、210 MSPS的TxDAC® D/A转换器，看看它有哪些独特之处，以及如何在实际应用中发挥其优势。

文件下载：AD9748.pdf

一、产品概述

AD9748是TxDAC系列的第三代成员，属于高性能、低功耗的CMOS数模转换器。该系列包括8位、10位、12位和14位的DAC，引脚兼容，为通信系统的发射信号路径提供了优化解决方案。AD9748在支持高达210 MSPS的更新速率的同时，还具备出色的交流和直流性能，非常适合便携式和低功耗应用。

二、关键特性

1. 高线性度

AD9748具有出色的线性度，其微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）均为±0.1 LSB，这意味着它能够提供高精度的模拟输出，减少信号失真。

2. 灵活的数据格式

支持二进制补码或直接二进制数据格式，满足不同应用的需求。

3. 低功耗设计

在3.3 V电源下，功耗仅为135 mW；进入掉电模式后，功耗可降至15 mW，大大降低了系统的能耗。

4. 片上参考电压

内置1.20 V温度补偿带隙电压参考，无需外部参考源，简化了电路设计。

5. 快速建立时间

输出能够在11 ns内达到0.1%的满量程，响应速度快，适用于高速信号处理。

三、性能参数

1. 直流参数

• 分辨率：8位
• 积分线性误差（INL）：±0.25 LSB（典型值±0.1 LSB）
• 微分非线性（DNL）：±0.25 LSB（典型值±0.1 LSB）
• 偏移误差：±0.02% FSR
• 增益误差：±0.5% FSR（带内部参考）
• 满量程输出电流：2.0 - 20.0 mA

2. 动态参数

• 最大输出更新速率：210 MSPS
• 输出建立时间（至0.1%）：11 ns
• 输出传播延迟：1 ns
• 杂散无杂散动态范围（SFDR）：在不同时钟频率和输出频率下表现优异，如在25 MSPS时钟频率、1 MHz输出频率时，SFDR可达72 dBc

3. 数字参数

• 逻辑1电压：2.1 - 3 V
• 逻辑0电压：0 - 0.9 V
• 输入电容：5 pF
• 输入建立时间：2.0 ns
• 输入保持时间：1.5 ns

四、功能描述

1. 内部结构

AD9748主要由DAC、数字控制逻辑和满量程输出电流控制三部分组成。DAC采用PMOS电流源阵列，能够提供高达20 mA的满量程电流。阵列分为31个相等的电流源，构成5个最高有效位（MSB），另外3个最低有效位由7个相等的电流源组成，其值为MSB电流源的1/8。

2. 参考操作

芯片内部包含一个1.2 V的带隙参考，该参考不能禁用，但可以通过外部参考轻松覆盖，且不影响性能。REFIO引脚可作为输出或输入，具体取决于使用内部还是外部参考。

3. 参考控制放大器

用于调节满量程输出电流，可通过外部电阻RSET将满量程电流设置在2 mA至20 mA之间。该放大器的小信号带宽约为500 kHz，可用于低频小信号乘法应用。

4. DAC传输函数

AD9748提供互补电流输出IOUTA和IOUTB，其输出电流与输入代码和满量程电流IOUTFS有关。具体公式如下： [IOUTA =(DAC CODE / 256) × I{OUTFS}] [IOUTB =(255 - DAC CODE) / 256 × I{OUTFS}]

5. 模拟输出

IOUTA和IOUTB可配置为单端或差分操作。差分操作可以提高失真和噪声性能，减少共模误差源。输出阻抗约为100 kΩ，输出电容为5 pF，需要注意输出电压的合规范围，以确保最佳性能。

6. 数字输入

数字部分由8个输入位通道和一个时钟输入组成，采用边缘触发的主/从锁存器。DAC输出在时钟上升沿更新，支持高达210 MSPS的时钟速率。

7. 时钟输入

支持单端和两种差分模式，通过CMODE输入进行选择。不同模式下的时钟输入要求和性能略有不同，但总体上对DAC的输出质量有重要影响。

五、应用配置

1. 差分耦合

• 使用变压器：通过RF变压器进行差分信号转换，可提供最佳的失真性能，适用于需要交流耦合的应用。
• 使用运算放大器：采用差分运算放大器进行差分转单端转换，适用于需要直流耦合、双极性输出、信号增益和电平转换的应用。

2. 单端输出

• 无缓冲电压输出：适用于需要单极性电压输出的应用，可通过连接负载电阻将IOUTA或IOUTB转换为电压输出。
• 缓冲电压输出：使用运算放大器进行I-V转换，可提供最佳的直流线性性能，但在较高的DAC更新速率下，其交流失真性能可能受到运算放大器的压摆率限制。

六、评估板

AD9748评估板为用户提供了方便的测试平台，可轻松设置和测试产品在LFCSP封装中的性能。该板支持多种输出配置，包括变压器耦合、电阻端接、单端和差分输出，同时还可以选择时钟和数据模式，方便用户进行各种应用场景的评估。

七、注意事项

1. 电源和接地

在设计电路时，要注意电源和接地的布局，确保模拟和数字电源及地的分离，以减少噪声干扰。同时，要合理使用去耦电容，提高电源的稳定性。

2. 静电放电（ESD）保护

AD9748是ESD敏感设备，在操作过程中要采取适当的ESD防护措施，避免因静电放电导致设备损坏。

3. 时钟质量

时钟的质量对DAC的输出性能有重要影响，要确保时钟信号的稳定性和低抖动，以获得最佳的动态性能。

八、总结

AD9748作为一款高性能、低功耗的8位数模转换器，具有出色的线性度、灵活的数据格式、快速的建立时间等优点，适用于通信、直接数字合成、仪器仪表等多种应用领域。在实际设计中，工程师们可以根据具体需求选择合适的输出配置，并注意电源、接地、ESD保护和时钟质量等问题，以充分发挥AD9748的性能优势。你在使用AD9748或其他DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。