模拟电路工程化设计大师课

上一节课,我们介绍了示波器以及广义的数据采集系统中的核心器件模数转换器ADC,并通过实验了解了几种不同的ADC的构成方式。这一节课我们具体看一下类似ADALM2000这种口袋仪器的产品中可以选用什么样的器件来做模数转换,以及在具体的设计中要注意哪些要点。

3.1.1 利用MCU内部的ADC

3.1.2 高速ADC搭配FMC总线

3.1.3 高速ADC搭配FPGA

选择要点:

  • 分辨率 - 8-14位
  • 转换率 - 50-200Msps
  • 接口 - 并行或LVDS
  • 供电电压
  • 价格

Digikey官网ADI官网上可以选出以下器件满足我们的使用要求

  • Analog Devices Inc的AD9283:单路8位、50MSPS/80 MSPS/100MSPS ADC
  • Analog Devices Inc的AD9600:双路10位、105 MSPS/125 MSPS/150MSPS、1.8V模数转换器
  • Analog Devices Inc的LTC2281:双路、10位、125Msps 低功率 3V ADC
  • Maxim Integrated的MAX1190:双路、10位、120Msps、3.3V、低功耗ADC,内置电压基准及并行输出
  • Analog Devices Inc的AD9288:双路8位、40/80/100 MSPS ADC
  • Analog Devices Inc的AD9216:双路10位、65/80/105 MSPS ADC

3.2 ADALM2000中用到的高速ADC

ADALM2000(M2K)中使用的是ADI的一款12位、低功耗、宽带MxFE芯片AD9963,它是72引脚、无铅小型LFCSP的封装。

它提供了2个采样速率为100Msps的ADC通道和两个采样速率为170Msps的DAC通道,数字接口提供灵活的时钟选项。发射路径可配置为1×、2×、4×和8×插值。接收路径具有一个可旁路的2×抽取低通滤波器。AD9963具有五个辅助模拟通道。三个通道是12位ADC的输入。通过使能10位DAC,其中的两路输入可以配置为输出。另外两个通道是两个独立的12位DAC的专用输出。(针对框图圈点的短视频截图)

这颗芯片在得捷电子官网有售,购买链接为:AD9963BCPZ(访问网站的截屏视频),这是一颗非常紧俏的芯片,目前暂时没有现货。

3.3 高速并行ADC的电路设计

  • 电路部分详解,外围的电路配置
  • 对前端模拟电路的要求 - 电压、抗混叠、阻抗
  • 对采样时钟的要求
  • 基准电压源的要求

3.4 高速ADC数据的数据接口

  • FPGA接口及参考Verilog代码
  • MCU接口- RP2040或STM32F4芯片

本视频中用到的ADI器件

  • AD9200
  • AD9208

实验

  • 用M2K测量外部模拟信号(外部50MHz的信号源),调节模拟信号的幅度和频率,查看采集到的结果,并通过FFT来查看被测信号的频谱(放在文章开头部分,并提出问题)
  • 使用AD9200模块进行数据采集 - 10bit/20Msps测试, 用M2K观察采集到的数据,或再通过高速DAC输出成模拟信号
  • 能否进行数据分析?传输到上位机上进行频谱分析,查看混叠的效果

参考技术文章