adc/dac（analogto digital converter/ digital to analog converter，即模数转换器/数模转换器）是大多数系统中必不可少的组成部件，用于将连续的模拟信号转换成离散的数字信号，或者将离散的数字信号转换成连续的模拟信号，它们是连接模电电路和数字电路必不可少的桥梁。在很多场合下，adc/dac 的转换速度甚至直接决定了整个系统的运行速度。

(资料图片)

本篇博文为各位分享一种高速adc和dac转换电路。高速adc选用芯片为：ad9280/3pa9280（两款芯片兼容），高速dac选用芯片为：ad9708/3pd9708e（两款芯片兼容）。

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高速adc转换电路

ad9280 是 adi公司生产的一款单芯片、8 位、32msps（million samples per second，每秒采样百万次）模数转换器，具有高性能、低功耗的特点。

ad9280 的内部功能框图如下图所示：

ad9280 在时钟（clk）的驱动下工作，用于控制所有内部转换的周期；ad9280 内置片内采样保持放大器（sha），同时采用多级差分流水线架构，保证了 32msps 的数据转换速率下全温度范围内无失码；ad9280 内部集成了可编程的基准源，根据系统需要也可以选择外部高精度基准满足系统的要求。

ad9280 输出的数据以二进制格式表示，当输入的模拟电压超出量程时，会拉高 otr（out-of-range）信号；当输入的模拟电压在量程范围内时，otr 信号为低电平，因此可以通过 otr 信号来判断输入的模拟电压是否在测量范围内。

ad9280 的时序图如下图所示：

模拟信号转换成数字信号并不是当前周期就能转换完成，从采集模拟信号开始到输出数据需要经过 3 个时钟周期。比如上图中在时钟 clk 的上升沿沿采集的模拟电压信号 s1，经过 3 个时钟周期后（实际上再加上 25ns 的时间延时），输出转换后的数据 data1。需要注意的是，ad9280 芯片的最大转换速度是32msps，即输入的时钟最大频率为 32mhz。

ad9280 支持输入的模拟电压范围是 0v 至 2v，0v 对应输出的数字信号为 0，2v 对应输出的数字信号为 255。而 ad9708 经外部电路后，输出的电压范围是-5v~ 5v，因此在 ad9280 的模拟输入端增加电压衰减电路，使-5v~ 5v 之间的电压转换成 0v 至 2v 之间。那么实际上对我们用户使用来说，当 ad9280 的模拟输入接口连接-5v 电压时，ad 输出的数据为 0；当 ad9280 的模拟输入接口连接 5v 电压时，ad 输出的数据为 255。

当 ad9280 模拟输入端接-5v 至 5v 之间变化的正弦波电压信号时，其转换后的数据也是成正弦波波形变化，转换波形如下图所示：

输入的模拟电压范围在-5v 至 5v 之间，按照正弦波波形变化，最终得到的数据也是按照正弦波波形变化。

高速adc转换电路设计思路如下所示：

高速adc转换电路设计如下所示：

图中输入的模拟信号 sma_in（vi）经过衰减电路后得到 ad_in2（vo）信号，两个模拟电压信号之间的关系是 vo=vi/5 1，即当 vi=5v 时，vo=2v；vi=-5v 时，vo=0v。

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高速dac转换电路

ad9708 是 adi 公司（analog devices，inc.，亚德诺半导体技术有限公司）生产的 txdac 系列数模转换器，具有高性能、低功耗的特点。ad9708 的数模转换位数为 8 位，最大转换速度为 125msps（每秒采样百万次 million samples per second）。

ad9708 的内部功能框图如下图所示：

ad9708 在时钟（clock）的驱动下工作，内部集成了 1.2v 参考电压( 1.20v ref)、运算放大器、电流源（current source array）和锁存器（latches）。两个电流输出端 iouta 和 ioutb 为一对差分电流，当输入数据为 0（db7~db0）时，iouta 的输出电流为 0，而 ioutb 的输出电流达到最大，最大值的大小跟参考电压有关；当输入数据全为高点平（db7~db0=8’hff）时，iouta 的输出电流达到最大，最大值的大小跟参考电压有关，而 ioutb 的输出电流为 0。ad9708 必须在时钟的驱动下才能把数据写入片内的锁存器中，其触发方式为上升沿触发，ad9708 的时序图如下图所示：

上图中的 dbo-db7 和 clock 是 ad9708 的 8 位输入数据和为输入时钟，iouta 和 ioutb 为ad9708 输出的电流信号。由上图可知，数据在时钟的上升沿锁存，因此我们可以在时钟的下降沿发送数据。需要注意的是，clock 的时钟频率越快，ad9708 的数模转换速度越快，ad9708 的时钟频率最快为125mhz。

iouta 和 ioutb 为 ad9708 输出的一对差分电流信号，通过外部电路低通滤波器与运放电路输出模拟电压信号，电压范围是-5v 至 5v 之间。当输入数据等于 0 时，ad9708 输出的电压值为 5v；当输入数据等于 255时，ad9708 输出的电压值为-5v。

ad9708 是一款数字信号转模拟信号的器件，内部没有集成 dds（direct digital synthesizer，直接数字 式频率合成器）的功能，但是可以通过控制 ad9708 的输入数据，使其模拟 dds 的功能。例如，我们使用ad9708 输出一个正弦波模拟电压信号，那么我们只需要将 ad9708 的输入数据按照正弦波的波形变化即可，下图为 ad9708 的输入数据和输出电压值按照正弦波变化的波形图。

由上图可知，数据在 0 至 255 之间按照正弦波的波形变化，最终得到的电压也会按照正弦波波形变化，当输入数据重复按照正弦波的波形数据变化时，那么 ad9708 就可以持续不断的输出正弦波的模拟电压波形。需要注意的是，最终得到的 ad9708 的输出电压变化范围由其外部电路决定的，当输入数据为 0 时，ad9708 输出 5v 的电压；当输入数据为 255 时，ad9708 输出-5v 的电压。

由此可以看出，只要输入的数据控制的得当，ad9708 可以输出任意波形的模拟电压信号，包括正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。

高速dac转换电路设计思路如下所示：

高速dac转换电路设计如下所示：

图中输出的一对差分电流信号先经过滤波器，再经过运放电路得到一个单端的模拟电压信号。图中右侧的 w1 为滑动变阻器，可以调节输出的电压范围，推荐通过调节滑动变阻器，使输出的电压范围在-5v 至 5v 之间，从而达到 ad 转换芯片的最大转换范围。

编辑：黄飞