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低功耗模擬前端電路設(shè)計(jì)
超低功耗、高集成的模擬前端芯片ＭＡＸ５８６５是針對(duì)便攜式通信設(shè)備?例如手機(jī)、ＰＤＡ、ＷＬＡＮ以及３Ｇ無線終端?而設(shè)計(jì)的，芯片內(nèi)部集成了雙路８位接收ＡＤＣ和雙路１０位發(fā)送ＤＡＣ，可在４０Ｍｓｐｓ轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動(dòng)態(tài)性能。芯片中的ＡＤＣ模擬輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu)，可以接受１ＶＰ－Ｐ滿量程信號(hào)；而ＤＡＣ模擬輸出則是全差分信號(hào)，在１．４Ｖ共模電壓下的滿量程輸出范圍為４００ｍＶ。利用兼容于ＳＰＩＴＭ和ＭＩＣＲＯＷＩＲＥＴＭ的３線串行接口可對(duì)工作模式進(jìn)行控制，并可進(jìn)行電源管理，同時(shí)可以選擇關(guān)斷、空閑、待機(jī)、發(fā)送、接收及收發(fā)模式。通過３線串口將器件配置為發(fā)送、接收或收發(fā)模式，可使ＭＡＸ５８６５工作在ＦＤＤ或ＴＤＤ系統(tǒng)。在ＴＤＤ模式下，接收與發(fā)送ＤＡＣ可以共用數(shù)字總線，并可將數(shù)字Ｉ／Ｏ的數(shù)目減少到一組１０位并行多路復(fù)用總線；而在ＦＤＤ模式下，ＭＡＸ５８６５的數(shù)字Ｉ／Ｏ可以被配置為１８位并行多路復(fù)用總線，以滿足雙８位ＡＤＣ與雙１０位ＤＡＣ的需要。
１ ＭＡＸ５８６５的工作原理
圖１所示為ＭＡＸ５８６５內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖，其中，ＡＤＣ采用七級(jí)、全差分、流水線結(jié)構(gòu)，可以在低功耗下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。每半個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行一次采樣。包括輸出鎖存延時(shí)在內(nèi)，通道Ｉ的總延遲時(shí)間為５個(gè)時(shí)鐘周期，而通道Ｑ則為５．５個(gè)時(shí)鐘周期，圖２給出了ＡＤＣ時(shí)鐘、模擬輸入以及相應(yīng)輸出數(shù)據(jù)之間的時(shí)序關(guān)系。ＡＤＣ的滿量程模擬輸入范圍為ＶＲＥＦ，共模輸入范圍為ＶＤＤ／２±０．２Ｖ。ＶＲＥＦ為ＶＲＥＦＰ與ＶＲＥＦＮ之差。由于ＭＡＸ５８６５中的ＡＤＣ前端帶有寬帶Ｔ／Ｈ放大器，因此，ＡＤＣ能夠跟蹤并采樣／保持高頻模擬輸入?＞奈魁斯特頻率?。使用時(shí)可以通過差分方式或單端方式驅(qū)動(dòng)兩路ＡＤＣ輸入?ＩＡ＋? ＱＡ＋? ＩＡ－與ＱＡ－?。為了獲得最佳性能，應(yīng)該使ＩＡ＋與ＩＡ－以及ＱＡ＋與ＱＡ－間的阻抗相匹配，并將共模電壓設(shè)定為電源電壓的一半?ＶＤＤ／２?。ＡＤＣ數(shù)字邏輯輸出ＤＡ０～ＤＡ７的邏輯電平由ＯＶＤＤ決定，ＯＶＤＤ的取值范圍為１．８Ｖ至ＶＤＤ，輸出編碼為偏移二進(jìn)制碼。數(shù)字輸出ＤＡ０～ＤＡ７的容性負(fù)載必須盡可能低?＜１５ｐＦ?，以避免大的數(shù)字電流反饋到ＭＡＸ５８６５的模擬部分而降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過數(shù)字輸出端的緩沖器可將其與大的容性負(fù)載相隔離。而在數(shù)字輸出端靠近ＭＡＸ５８６５的地方串聯(lián)一個(gè)１００Ω電阻，則有助于改善ＡＤＣ性能。
ＭＡＸ５８６５的１０位ＤＡＣ可以工作在高達(dá)４０ＭＨｚ的時(shí)鐘速率下，兩路ＤＡＣ的數(shù)字輸入ＤＤ０～ＤＤ９將復(fù)用１０位總線。電壓基準(zhǔn)決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出。ＤＡＣ采用電流陣列技術(shù)，用１ｍＡ?１．０２４Ｖ基準(zhǔn)下?滿量程輸出電流驅(qū)動(dòng)４００Ω內(nèi)部電阻可得到±４００ｍＶ的滿量程差分輸出電壓。而采用差分輸出設(shè)計(jì)時(shí)，將模擬輸出偏置在１．４Ｖ共模電壓，則可驅(qū)動(dòng)輸入阻抗大于７０ｋΩ的差分輸入級(jí)，從而簡化ＲＦ正交上變頻器與模擬前端電路的接口。ＲＦ上變頻器需要１．３Ｖ至１．５Ｖ的共模偏壓，內(nèi)部直流共模偏壓在保持每個(gè)發(fā)送ＤＡＣ整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)可以省去分立的電平偏移設(shè)置電阻，而且不需要編碼發(fā)生器產(chǎn)生電平偏移。圖２（ｂ）給出了時(shí)鐘、輸入數(shù)據(jù)與模擬輸出之間的時(shí)序關(guān)系。一般情況下，Ｉ通道數(shù)據(jù)?ＩＤ?在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿鎖存，Ｑ通道數(shù)據(jù)?ＱＤ?則在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿鎖存。Ｉ與Ｑ通道的輸出同時(shí)在時(shí)鐘信號(hào)的下一個(gè)上升沿被刷新。
３線串口可用來控制ＭＡＸ５８６５的工作模式。上電時(shí)，首先必須通過編程使ＭＡＸ５８６５工作在所希望的模式下。利用３線串口對(duì)器件編程可以使器件工作在關(guān)斷、空閑、待機(jī)、Ｒｘ、Ｔｘ或Ｘｃｖｒ模式下，同時(shí)可由一個(gè)８位數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)置工作模式，并可在所有六種模式下使串口均保持有效。在關(guān)斷模式下，ＭＡＸ５８６５的模擬電路均被關(guān)斷，ＡＤＣ的數(shù)字輸出被置為三態(tài)模式，從而最大限度地降低了功耗；而空閑模式時(shí)，只有基準(zhǔn)與時(shí)鐘分配電路上電，所有其它功能電路均被關(guān)斷，ＡＤＣ輸出被強(qiáng)制為高阻態(tài)。而在待機(jī)狀態(tài)下，只有ＡＤＣ基準(zhǔn)上電，器件的其它功能電路均關(guān)斷，流水線ＡＤＣ亦被關(guān)斷，ＤＡ０～ＤＡ７為高阻態(tài)
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