1. 內(nèi)部框圖
AD公司新近推出的這種帶輔助DAC的雙路Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個完整的15位CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。它采樣速率高，功耗低，且輸入端兼有信號處理功能，接收通道上的兩個帶數(shù)字濾波器的Σ-Δ型ADC合用一個能隙參考基準(zhǔn)。控制DAC可執(zhí)行AFC的功能，其它輔助功能可以從輔助串行端口獲得，以滿足器件多方面的性能要求。
圖1所示為AD7729的內(nèi)部框圖。AD7729主要有兩大部分組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輔助數(shù)模轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器由Σ-Δ型ADC、數(shù)字濾波器、偏移調(diào)整和主串行通訊接口組成；數(shù)模轉(zhuǎn)換器由10位輔助DAC、輸出緩沖器和輔助串行接口組成。
1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器
模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分有I和Q兩個通道，分別由一個開關(guān)電容濾波器和一個15位的ADC組成。片內(nèi)的數(shù)字濾波器對系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵作用，它們的幅頻和相頻響應(yīng)特性保證了相鄰?fù)ǖ篱g的相互干擾有極好的抑制性。
a. Σ-Δ型ADC
開關(guān)電容濾波器以13MHz的速率對接收的模擬量進(jìn)行采樣，其頻率響應(yīng)如2(a）所示。接收通道上的另一個數(shù)字濾波器的時鐘頻率為6.5MHz，其頻率響應(yīng)特性如圖2(b）所示。兩濾波器對應(yīng)的綜合頻率響應(yīng)如圖2(c）所示。AD7729的接收通道采用了Σ-Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)，在片內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)濾波，從而保證了I和Q 端15位的高精度輸出。具體工作過程是用一個充電平衡的調(diào)制器以6.5MHz的速度對開關(guān)電容濾波器的輸出進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字脈沖串。過高的過采樣速率能分散0?.25MHz的量化噪音，并使它在所關(guān)心的頻帶中減小。然后用一高階的調(diào)制器對噪音頻譜整形。再利用數(shù)字濾波器對帶外噪音進(jìn)行處理，并同時把數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)化成并行的15位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
b. 數(shù)字濾波器
它有288個抽頭，建立時間為44.7μs。我們已介紹了它的兩個重要功能：系統(tǒng)的濾波功能和消除帶外量化噪音功能。由此可以看出,它有兩點優(yōu)于模擬濾波器：首先，由于它位于ADC之后，消除A/D轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的噪音；其次，它不僅消除了低通的振鈴，同時還保證了線性相位響應(yīng)。雖然這些功能都是模擬濾波器很難達(dá)到的，但模擬濾波器卻消除了A/D轉(zhuǎn)化前信號中所帶的噪音。由于噪音的波峰有使模擬調(diào)制解調(diào)器達(dá)到飽和的危險，AD7729專門為調(diào)制器和濾波器設(shè)置了一個超范圍裕度，允許有100mV的超范圍漂移。
1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器
a.輔助控制功能
該功能是由輔助DAC來實現(xiàn)的。它由幾個高阻抗電流源組成，后接很輕的負(fù)載以保證它的直流精度。輔助DAC帶有輸出放大器，可以允許10kΩ的負(fù)載電阻。DAC的模擬輸出為2VREFCAP/32＋(2VREFCAP－2VREFCAP/32)×DAC/1023 。其中：VREFCAP是參考電壓。DAC是所要輸出的數(shù)字信號。
b.參考電壓和串行端口
REFCAP是一個能隙參考基準(zhǔn)，不僅噪音低，還可為ADC和輔助DAC提供溫度補(bǔ)償。參考電壓VREFCAP=1.3V。主串行接口(BSPORT)和輔助串行接口(ASPORT)都是DSP(數(shù)字信號處理器)兼容的串行端口。用戶可自由選擇寄存器與端口的連接方式，還可通過調(diào)整SCLK的頻率來減小功耗。
c. 讀/寫操作
經(jīng)串行口對寄存器進(jìn)行的讀和寫操作就是對16位字長的數(shù)據(jù)即10個數(shù)據(jù)位和6個地址位（Rx例外）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。必須對只讀寄存器給出一定的地址才能從中讀出對應(yīng)的的內(nèi)容，寫入和讀出的時間間隔大約為4個主時鐘周期。
2. 引腳
AD7729采用28引腳TSSOP和28腳SOIC兩種封裝形式。其引腳說明見表1所列。
3. 電路的調(diào)整
3.1 校準(zhǔn)
數(shù)字濾波器本身就是一種校準(zhǔn)方式。一般來說，數(shù)字低通濾波器的每個通道上都有一個偏置寄存器。模擬電路中直流偏置的值便存在里面。一般情況下，在數(shù)據(jù)進(jìn)入串行輸出引腳之前，濾波器就已將寄存器的偏置信息清除。因此可選用自校準(zhǔn)或用戶校準(zhǔn)來除去I和Q通道中的偏差。所不同的是自校準(zhǔn)只能消除內(nèi)部偏差，而用戶校準(zhǔn)則可以通過寫入偏置寄存器的信息來對外部偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。偏置寄存器最多能容納162.5mV的直流偏置，超范圍的輸入將會導(dǎo)致錯誤的輸出。然而，當(dāng)帶有超過100mV偏置的信號進(jìn)入時，Σ-Δ調(diào)置器會自動換檔。偏置寄存器中補(bǔ)碼的值與Rx的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。
AD7729有一個完整的自校準(zhǔn)程序：當(dāng)Rx被置位時，模擬電路和數(shù)字電路的穩(wěn)定需要時間TSETTLE。只有當(dāng)主控制寄存器A(BCRA)的RxAUTOCAL位處于高電平時，才開始進(jìn)行校準(zhǔn)。在內(nèi)部自校準(zhǔn)模式下，AD7729用短路差動輸入來測量ADC中的偏移值；在外部自校準(zhǔn)模式下，AD7729維持輸入的正常連接允許系統(tǒng)偏置的存在。RxDELAY1和RxDDELAY2分別為兩個定時器的定時時間，當(dāng)RxDELAY2到時后，將會輸出15位的無效數(shù)據(jù)。
3.2 Rx的接收過程
當(dāng)Rx置位時，串行端口的SDO腳將以270k字的速率輸出Rx的數(shù)據(jù)。AD7729的輸出結(jié)果為16位，即以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存在的數(shù)據(jù)位和一個志位（LSB），LSB用以區(qū)別I和Q。當(dāng)LSB=0時，輸出為I，否則為Q。只要RxON處于高電平，串行時鐘的頻率就保持為13MHz，而與時鐘速率寄存器中的值無關(guān)。在SDO引腳自動輸出Rx數(shù)據(jù)時，會同時產(chǎn)生幀同步信號，間隔為48個主時鐘周期。輔助串行端口ASPORT和主串行端口BSPORT均能輸出數(shù)據(jù)，但用戶只能根據(jù)需要選擇其一，并且不能同時在兩個端口間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
3.3 斷電
AD7729的每個部分都能被斷電。Rx模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輔助數(shù)模轉(zhuǎn)換器可分別通過設(shè)定控制寄存器上的適當(dāng)位來斷電。當(dāng)AD7729的每個部分都上電時，模擬電路和數(shù)字電路需要一個建立時間，同時參考電壓VREFCAP也需要一個上電時間。為減少上電所需時間，可將LP置1而使ADC和DAC處于斷電模式，而REFCAP引腳將保持上電模式，不需要上電和建立時間，從而使上電穩(wěn)定工作所需的時間減小。ADC和DAC可通過適當(dāng)?shù)目刂萍拇嫫鞣謩e斷電，當(dāng)包括參考基準(zhǔn)在內(nèi)的所有元件都處于斷電狀態(tài)時，延遲64個時鐘周期后，主時鐘也停止工作。
3.4 復(fù)位
引腳RESETB能復(fù)位所有的控制寄存器， ASCLKRATE和BSCLKRATE的復(fù)位值為4，以保證ASCLK和BSCLK信號的頻率為MCLK的八分之一，其余控制寄存器則被復(fù)位為0。同時這些寄存器也能用主寄存器和輔助寄存器上的RESET位復(fù)位。所有的輔助寄存器通過給控制寄存器ACRB上的ARETSET位置高電平復(fù)位，而主寄存器則通給控制寄存器BCRB上的BRETSET位置高電平來復(fù)位，所需時間為4個主時鐘周期。復(fù)位后，ARESET和BRESET的復(fù)位值為0。寄存器 ARDADDR，BRDADDR，ASCLKRATE，BSCLKRATE只能用復(fù)位引腳RESETB復(fù)位，所需時間為8個主時鐘周期。控制寄存器的功能見表2所列。
4．接口舉例
AD7729還為用戶提供了與DSP兼容的標(biāo)準(zhǔn)串行端口，由ADC的串行時鐘控制串行數(shù)據(jù)和I/O DSP信息。
圖4為AD7729與ADI公司的ADSP－21xx的接口原理圖。對于ADSP－21xx，串行端口的控制寄存器必須設(shè)置為TFSR=RFSR=1 （保證每個轉(zhuǎn)換器的幀同步），SLEN=15（16位字長），TFSW=RFSW=0（正常幀同步），INVIFS=INVRFS=0（高有效的幀同步信號），IRFS=0（外部RFS），ITFS=1（內(nèi)部TFS）和ISCLK=0（外部串行時鐘）。
AD7729是一種帶輔助DAC的雙路Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它不僅具有噪音低，精度高，工作速度快等優(yōu)點，并且可與多種DSP接口，通用性很強(qiáng)。所以該器件是新一代理想的數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，可廣泛應(yīng)用于通訊、多媒體和高性能儀器中。