深圳pcb抄板AD1672模数转换器的工作原理及其应用
AD1672是美国adi公司最近推向市场的一种新型单片式模数转换器（ADC）。片上含有4个高性能采样保持放大器（sha）和4个闪烁式adc及电压基准。它采用4级流水线结构，输出带有误差修正逻辑电路，并采用bicmos工艺，从而保证在3msps采样速度下12位精度，在整个工作温度范围内不失码。由于ad1672输入sha具有快速建立特性，所以它既适合从负满度到正满度电压逐次切换多通道系统，又适合输入频率高达奈奎斯特速率的单通道采样。
ad1672具有宽频带输入、单电源供电、低功耗和低价格等特点，非常适用于通信、图象处理和医疗设备新电路设计。ad1672采用28脚plcc封装，工作温度范围为-40～+85°C，其引脚排列见图1，引脚功能说明见表1。
图1 ad1672引脚排列
类型：ai—模拟输入；di—数字输入；p—电源； ao—模拟输出；do—数字输出。
表1 ad1672引脚功能说明
二、工作原理
ad1672采用4级流水线闪烁式（flash），又称并行式模数转换结构（见图2）。
图2 ad1672 结构框图
4级闪烁式adc的分辨率分别为4，4，3和4位，其中每两级之间重叠1位用来误差修正。用低噪声sha采集满度值，单端输入在167ns内具有12位精度。ad1672的工作过程，首先第一级闪烁式adc对输入信号进行4位近似转换，同时利用第1级数模转换器（DAC）将这4位数字量转换成对应的精确模拟量。再从第1级sha输出的模拟量减去第1级dac产生的模拟量得到一个残差。然后，第2级sha对这个残差进行采样和保持，第2级adc对此进行4位近似转换，同样利用第2个dac得到第2级残差。一但第2级sha进入保持方式，第1级sha便返回到采样方式，以采集新的输入信号。第3级转换与第1级和第2级类似，也由一个sha，一个adc和一个dac构成，不同之处分辨率不是4位而是3位。第4级，即最后一级转换仅由1个4位闪烁式adc构成，完成最终残差的模数转换。最后在修正逻辑单元，累计4级闪烁式adc构成15位输出，但由于在累计过程中采用了适当的误差修正方法，使最终输出字为12位。数字输出连同超量程指示（otr）都被锁存到输出缓冲器以驱动输出引脚。
由于ad1672结构的每一级都有一个附加的sha，所以允许流水线转换。实际上这种模数转换器是由多级输入，同时转换，通过串行链方式完成四级转换过程。这表明，虽然这种转换器在每个时钟周期都具有捕获新输入信号的能力，但要完成全部转换并且在输出端呈现数字量，实际上只用2 1/2个时钟周期。这种“流水线延迟（pipeline delay）”在许多应用中它并不引人注意，只是在有些情况下才考虑这个问题。例如，在高速反馈环路要求使用adc的一些场合，只有提供一个理想的数字输出结果，才能对其输入信号进行补偿（例如，视频应用中的失调校准或零点恢复）。在这种情况下，在计算环路稳定性时，必须考虑通过流水线引起的时钟延时。另外，由于转换器同时在3个转换器上工作，所以在转换过程的主要交接处（例如，电源或基准引起的大的尖峰毛刺）会使3个采样数据变坏。最后应当说明，ad1672存在一个最小的时钟速率，低于这个最小值，sha的顶降率会使流水线信号变坏，pcb抄板这个最小时钟速率在25°c时为20khz。通常时钟速率选取3mhz。
ad1672的内部定时控制电路利用了时钟的上升沿和下降沿。ad1672在时钟输入的上升沿对模拟输入信号采样。当时钟处于低电平期间（处于时钟下降沿和上升沿之间），输入sha处于采样方式；当时钟处于高电平期间，则sha处于保持方式。由于这种器件利用时钟上升沿和下降沿定时，所以仅在时钟上升沿，抖动才很明显。
三、应用
1.模拟输入
ad1672等效模拟输入电路如图3所示，其中输入sha及其辅助电阻网络很容易接成单极性（0～2.5v或0～5.0v）或双极性（-2.5～+2.5v），见图4。ad1672标称输入电阻rin，对于2.5 v输入范围为2kω，对于5.0v输入范围为4kω。
图3 等效模拟输入电路
图4 输入范围选择
ad1672虽然是单电源+5v供电，但同样可用于交流输入信号，见图5。由于耦合电容器与ad1672的输入阻抗构成一阶高通滤波器，-3db转折频率f−3db计算公式为f−3db= 1 /（2 ×π × rin × ceq ）
其中rin 为不同接法时的输入阻抗；ceq 为耦合电容器c1与c2的并联值。应当注意的是，c1一般使用大的电解电容或钽电容，有利于在高频段导通。又并联一个小陶瓷电容c2，使其在很宽的频率范围内在低频段仍然保持低阻抗特性。一般c1取10μf，c2取0.1～1.0μf。在直流耦合应用中，推荐使用缓冲放大器驱动AD1672的输入。一般选用高速、宽频带视频运算放大器。由于缓冲放大器与ad1672的输入电阻的相互作用，任何源电阻都要对增益误差和失调误差有影响。在直流精密测量应用中，调整电路实例请见ad1672的产品说明。对于使用电源电压大于6.5v的放大器，在ad1672的输入端推荐使用箝位电路。当出现故障时，它可使输入电压箝位到6.5v。
图5 交流耦合输入接线图
基准电压 ad1672的标称基准输出电压相对基准地（refcom）为2.5v。基准输入（refin）引脚可以接到基准输出（refout）引脚，也可接到高精度2.5v外部基准电压源（例如ad780b，ref192e，ref43b）。ad1672内部含有+2.5v曲率补偿带隙基准，虽然其绝对值和温漂系数都经过激光修整，但在refout与refcom引脚之间必须接一个1μf以上的补偿电容器。该基准源可提供最大负载电流为500μa，对于外接负载电流大于500μa情况下，需要外接缓冲放大器或上拉电阻器。
数字输出 ad1672在不同的输入方式下输出的数据形式不同：对于单极性输入，电路板克隆输出数据是直接的二进制码；对于双极性输入，输出数据是偏移二进制码。当数字输出驱动电源（drvdd）引脚分别接+5v或+3.3v时，可使ad1672cmos数字输出驱动器接口分别适合+5v或3.3v逻辑电路。虽然ad1672可以提供足够大的输出电流来驱动范围很宽的逻辑电路，但是大的驱动电流会产生电源引起的毛刺，影响s/（n+d）性能。当ad1762驱动大的容性负载或大的扇出时，在drvdd 与vdd 引脚上都应外接去耦电容。在数据终端，需要外部缓冲器或锁存器，例如sn74hc541，74hc541。