AD9734/AD9735/AD9736：高性能DAC的全面解析

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们要深入探讨Analog Devices推出的AD9734/AD9735/AD9736系列高性能DAC，看看它们在设计和应用中能为我们带来哪些惊喜。

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产品概述

AD9734/AD9735/AD9736是一系列具有高采样率和出色动态性能的DAC。AD9736为14位成员，AD9735为12位成员，AD9734为10位成员，它们的采样率最高可达1200 MSPS，能够在其奈奎斯特频率范围内实现多载波生成。

产品特性

• 引脚兼容：该系列产品引脚兼容，方便工程师在不同位数需求的设计中灵活切换。
• 出色的动态性能：以AD9736为例，在 (f{OUT }=30 MHz) 时，SFDR（无杂散动态范围）可达82 dBc；在 (f{OUT }=130 MHz) 时，SFDR为69 dBc；在 (f{OUT }=30 MHz) 时，IMD（互调失真）为87 dBc；在 (f{OUT }=130 MHz) 时，IMD为82 dBc。
• LVDS数据接口：采用带有片上100 Ω终端的LVDS数据接口，确保数据传输的稳定性和高速性。
• 内置自测试：具备内置自测试功能，方便工程师进行故障诊断和系统验证。
• 低功耗：在 (I{FS}=20 ~mA) 、 (f{out }=330 MHz) 的条件下，功耗仅为380 mW。
• 双电源操作：支持1.8/3.3 V双电源操作，增强了设计的灵活性。
• 可调模拟输出：输出电流可在8.66 mA至31.66 mA之间调节（ (R_{L}=25 Omega) 至50 (Omega) ）。
• 片上1.2 V参考：提供片上1.2 V参考电压，减少外部元件的使用。
• 封装形式：采用160引脚芯片级球栅阵列（CSP_BGA）封装，减小了封装寄生效应。

技术规格

DC规格

在 (AVDD33 = DVDD33 = 3.3 V) 、 (CVDD18 = DVDD18 =1.8 ~V) 、最大采样率、 (I_{FS}=20 ~mA) 、1x模式、25°C、1%平衡负载的条件下，各型号的DC规格如下：	参数	AD9736	AD9735	AD9734	单位
分辨率	14	12	10	Bits
积分非线性（INL）	±1.0 LSB	±0.50 LSB	±0.12 LSB	LSB
差分非线性（DNL）	±0.6 LSB	±0.25 LSB	±0.06 LSB	LSB
偏移误差	±0.005 % FSR	±0.005 % FSR	±0.005 % FSR	% FSR
增益误差（带内部参考）	±1.0 % FSR	±1.0 % FSR	±1.0 % FSR	% FSR
增益误差（不带内部参考）	±1.0 % FSR	±1.0 % FSR	±1.0 % FSR	% FSR
满量程输出电流	8.66 - 31.66 mA	8.66 - 31.66 mA	8.66 - 31.66 mA	mA
输出合规范围	-1.0 - +1.0 V	-1.0 - +1.0 V	-1.0 - +1.0 V	V
输出电阻	10 MΩ	10 MΩ	10 MΩ	MΩ
输出电容	1 pF	1 pF	1 pF	pF
温度漂移（偏移）	0 ppm/°C	0 ppm/°C	0 ppm/°C	ppm/°C
温度漂移（增益）	80 ppm/°C	80 ppm/°C	80 ppm/°C	ppm/°C
参考电压温度漂移	40 ppm/°C	40 ppm/°C	40 ppm/°C	ppm/°C
内部参考电压	1.14 - 1.26 V	1.14 - 1.26 V	1.14 - 1.26 V	V
输出电阻	5 kΩ	5 kΩ	5 kΩ	kΩ
模拟电源电压（AVDD33）	3.13 - 3.47 V	3.13 - 3.47 V	3.13 - 3.47 V	V
模拟电源电压（CVDD18）	1.70 - 1.90 V	1.70 - 1.90 V	1.70 - 1.90 V	V
数字电源电压（DVDD33）	3.13 - 3.47 V	3.13 - 3.47 V	3.13 - 3.47 V	V
数字电源电压（DVDD18）	1.70 - 1.90 V	1.70 - 1.90 V	1.70 - 1.90 V	V
电源电流（1×模式，1.2 GSPS）
I AVDD33	25 mA	25 mA	25 mA	mA
I CVDD18	47 mA	47 mA	47 mA	mA
I DVDD33	10 mA	10 mA	10 mA	mA
I DVDD18	122 mA	122 mA	122 mA	mA
FIR旁路（1×）模式功耗	380 mW	380 mW	380 mW	mW
电源电流（2×模式，1.2 GSPS）
I AVDD33	25 mA	25 mA	25 mA	mA
I CVDD18	47 mA	47 mA	47 mA	mA
I DVDD33	10 mA	10 mA	10 mA	mA
I DVDD18	234 mA	234 mA	234 mA	mA
FIR 2×插值滤波器启用功耗	550 mW	550 mW	550 mW	mW

数字规格

在相同的电源和负载条件下，数字规格包括LVDS数据输入、LVDS时钟输入、LVDS时钟输出、DAC时钟输入和串行外设接口等方面的参数。例如，LVDS数据输入的输入电压范围为825 - 1575 mV，LVDS时钟输入的最大时钟速率可达1200 MSPS等。

AC规格

AC规格主要关注动态性能，如最大更新速率、无杂散动态范围（SFDR）、双音互调失真（IMD）和噪声谱密度（NSD）等。以AD9736为例，在不同的输出频率和采样率下，SFDR和IMD表现出色。例如，在 (f{DAC}=1200 MSPS) 、 (f{OUT}=50 MHz) 时，SFDR可达80 dBc；在 (f{DAC}=1200 MSPS) 、 (f{OUT}=40 MHz) 时，IMD可达88 dBc。

绝对最大额定值

为了确保器件的安全使用，需要了解其绝对最大额定值。例如，电源电压的范围、引脚电压的范围以及结温和存储温度的限制等。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

引脚配置与功能描述

AD9734/AD9735/AD9736的引脚配置包括电源引脚、时钟引脚、数据输入引脚、输出引脚和控制引脚等。不同的引脚具有不同的功能，例如CVDD18为1.8 V时钟电源，AVSS为模拟电源地，IOUTA和IOUTB为DAC输出等。详细的引脚功能描述有助于工程师正确连接和使用器件。

典型性能特性

静态线性度

通过不同温度和满量程电流下的INL（积分非线性）和DNL（差分非线性）曲线，可以了解器件的静态线性度。这些曲线展示了器件在不同条件下的输出误差，对于评估器件的性能和选择合适的工作条件具有重要意义。

动态性能

动态性能包括SFDR、IMD和NSD等指标。不同采样率和输出频率下的SFDR和IMD曲线，以及不同温度下的NSD曲线，直观地展示了器件的动态性能表现。例如，随着输出频率的增加，SFDR和IMD会有所下降，但在一定范围内仍能保持较好的性能。

WCDMA ACLR

在WCDMA应用中，ACLR（邻道泄漏比）是一个重要的指标。通过测量不同型号在特定载波频率下的ACLR，可以评估器件在无线通信系统中的性能。

SPI寄存器映射与详细说明

AD973x系列通过SPI（串行外设接口）进行寄存器配置和控制。SPI寄存器映射包括多个寄存器，每个寄存器有不同的位定义和功能。例如，MODE寄存器用于设置SDIO方向、数据格式、复位等功能；IRQ寄存器用于处理中断请求；FSC寄存器用于设置满量程电流等。详细了解这些寄存器的功能和操作方法，对于实现器件的正确配置和控制至关重要。

工作原理

数据输入与时钟关系

AD973x的输入数据和时钟关系较为复杂。输入数据可以接受高达1.2 GSPS的速率，或者通过启用2×插值滤波器，以600 MSPS的输入数据速率实现全速运行。DATA和DATACLK_IN输入为并行LVDS，DATACLK_IN输入以双倍数据速率（DDR）格式运行，其频率为输入DATA速率的一半。DACCLK信号直接驱动DAC核心，同时经过分频后作为DATACLK_OUT输出，用于时钟数据源。

自适应闭环定时控制器

为了确保数据和时钟的正确对齐，AD973x采用了两个自适应闭环定时控制器：LVDS控制器和同步控制器。LVDS控制器负责管理LVDS数据和数据时钟的对齐，同步控制器负责管理LVDS数据和DACCLK的对齐。这两个控制器可以在手动模式、监控模式或自动模式下运行，通过移动平均滤波和可变阈值控制，实现对数据采样和同步的优化。

输出延迟

在1×模式下，当FIFO禁用时，AD973x的模拟输出在输入数据变化35个DACCLK周期后发生变化；启用FIFO后，会增加最多8个额外的周期延迟。内部时钟延迟变化在1.2 GHz下小于一个DACCLK周期（833 ps）。

应用信息

驱动DACCLK输入

DACCLK输入需要低抖动的差分驱动信号，并且要保持400 mV的输入共模电压。可以通过多种方式驱动DACCLK，如使用LVDS信号、正弦时钟或CMOS/TTL时钟等，并进行相应的处理和调整。

输出失真源

DAC输出失真主要包括二次谐波和三次谐波。二次谐波主要由输出负载不平衡和数字数据噪声耦合到DACCLK引起；三次谐波则是由DAC架构本身产生，并且输出信号的整流和耦合会进一步增加三次谐波能量。通过合理的电路设计和负载匹配，可以减少输出失真。

DC耦合输出

在某些情况下，需要对AD973x的输出进行DC耦合。可以采用不同的电路实现DC耦合，如使用运算放大器进行电流到电压的转换。不同的电路具有不同的特点和适用场景，需要根据具体需求进行选择。

数据来源

为了实现AD973x的全速运行，推荐使用特定的电路来提供数据。该电路可以在FPGA或ASIC中实现，利用DATACLK_OUT信号来生成DDR LVDS DATACLK_IN，从而实现数据和时钟的对齐。在2×模式下，需要在DATACLK_OUT路径中添加一个二分频模块。

总结

AD9734/AD9735/AD9736系列DAC具有高性能、高采样率和出色的动态性能等优点，适用于宽带通信系统、蜂窝基础设施、点对点无线、CMTS/VOD、仪器仪表、自动测试设备、雷达和航空电子等多种应用场景。通过深入了解其技术规格、引脚配置、工作原理和应用信息，工程师可以更好地使用这些器件，设计出高质量的电子系统。你在使用这些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。