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數(shù)模轉(zhuǎn)換器TQ6122的原理和應(yīng)用
摘要：TQ6122是Triquint Semiconductor公司推出的高速D/A轉(zhuǎn)換器，它的轉(zhuǎn)換速率可高達(dá)1Gsa/s可用于DDS、高速任意波形發(fā)生器以及高速高清晰度顯示器的象素生成等方面。文中介紹了該芯片的結(jié)構(gòu)、原理，給出了它的典型應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞：TQ6122 數(shù)模轉(zhuǎn)化 ECL
1 引言
TQ6122是一種高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片。它具有8位數(shù)據(jù)位和很高的轉(zhuǎn)換速度（可達(dá)到1GSa/s），可廣泛用于直接數(shù)字頻率合成、高速任意波形發(fā)生器、寬帶視頻信號(hào)生成、高清晰度顯示器象素生成等方面。該芯片設(shè)計(jì)使用靈活方便，只需合理搭配一、二塊集成電路和少量的外圍電路，即可構(gòu)成一個(gè)完整且性能很高的數(shù)摸轉(zhuǎn)換器。
2 芯片結(jié)構(gòu)及引腳說(shuō)明
2.1 TQ6122的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
TQ6122主要由鎖存器、編碼器、延時(shí)器、電流源陣列、R_2R電阻網(wǎng)絡(luò)等電路組成。其內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要特性如下：（范文先生網(wǎng)m.panasonaic.com收集整理）
●數(shù)模轉(zhuǎn)換速率高達(dá)1GSa/s;
●數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)位為8位；
●具有1GHz的模擬信號(hào)帶寬；
●輸出可直接作為射頻的前端；
●采用44腳QFP封裝；
●時(shí)鐘輸入采用差分ECL電平標(biāo)準(zhǔn)?數(shù)據(jù)輸入采用單端ECL電平標(biāo)準(zhǔn)；
●工作溫度范圍為-20——85℃；
●標(biāo)稱(chēng)功耗為1.3W;
●無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）不小于45dBc.
2.2 TQ6122的引腳功能
TQ6122的引腳排列圖如圖2所示。各引腳的說(shuō)明如下（括號(hào)中的數(shù)字為引腳號(hào)）：
VSS（1、11、12、33、34、44）：-5V數(shù)字電源輸入端?
VAA（22、23）：-5V模擬電源輸入端?
DGND（6、28、37、40）：數(shù)字地?
AGND（13、14、15、18）：模擬地。
BLANK（5）：該端置高且下降延到達(dá)時(shí)，內(nèi)部數(shù)據(jù)位都被置高。
SELA（7）：置高時(shí)選擇A端數(shù)據(jù)輸入，置低時(shí)選擇B端數(shù)據(jù)輸入。
A0——A8（26、27等36）：數(shù)字信號(hào)輸入端，A7為數(shù)據(jù)最高位，A0為數(shù)據(jù)最低位。
B0、…… B7（38等）：數(shù)字信號(hào)輸入端，B7為數(shù)據(jù)最高位，B0為數(shù)據(jù)最低位。
CLOCK、 CLOCK（9、10）：差分時(shí)鐘輸入端。
VOUT、VOUT（16、17）：模擬信號(hào)輸出端，為差分信號(hào)。
BLANK DISABLE（19）：如果需要用BLANK端，則連到VAA端，若不需要，則連到AGND.
IREF（24）：輸入?yún)⒖茧娏鳎苯舆B接到模擬地，是開(kāi)關(guān)陣列的虛擬電流源。
VSENSE（20）：輸出判斷電壓，芯片正常工作時(shí)有輸出，且VSENSE=-4.2V.
VREF（21）：電壓基準(zhǔn)輸入端，一般在其VREF=-4V時(shí)，輸出的模擬信號(hào)峰值為1V.
ECLREF（25）：可選的ECL電平參考電壓，當(dāng)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘為ECL電平時(shí)，該腳可不接，此時(shí)芯片內(nèi)部產(chǎn)生電壓為-1.3V.
3 TQ6122的典型應(yīng)用
這里僅以TQ6122芯片在背景信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用為例，介紹TQ6122在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。TQ6122輸入的數(shù)字信號(hào)要嚴(yán)格同步，這樣才能保證D/A轉(zhuǎn)換器輸出的準(zhǔn)確性和精度，8位數(shù)據(jù)位的同步可通過(guò)時(shí)延控制芯片來(lái)調(diào)整。T
Q6122模擬信號(hào)輸出電壓可通過(guò)負(fù)載進(jìn)行調(diào)解，一般可選取典型值為50Ω。
本設(shè)計(jì)中，D/A轉(zhuǎn)換器的模擬輸出為差分信號(hào)，其中正端信號(hào)作為本級(jí)的輸出送入頻率綜合器進(jìn)行混頻，負(fù)端信號(hào)送到一塊檢測(cè)電路板進(jìn)行本級(jí)的信號(hào)檢測(cè)，以便在沒(méi)有示波器的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大致的測(cè)試。
TQ6122的使用非常靈活方便，它只需一塊電壓基準(zhǔn)芯片和一塊運(yùn)算放大器以及少量的外圍電路即可。這兩塊集成電路的主要用途是為數(shù)摸轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生參考電壓。具體電路如圖3所示。
在圖3中參考電壓的精度、穩(wěn)定度和抖動(dòng)對(duì)產(chǎn)生的模擬信號(hào)精度、穩(wěn)定度和抖動(dòng)有很大的影響。MC1403是ONSEMI公司生產(chǎn)的電壓基準(zhǔn)芯片，該芯片的性能完全可以滿(mǎn)足TQ6122對(duì)參考電壓的要求。電壓基準(zhǔn)MC1403的輸出與芯片的反饋輸出Vsense通過(guò)運(yùn)算放大器MC34071構(gòu)成的負(fù)反饋電路可以將VREF很好的穩(wěn)定在-4V,從而可進(jìn)一步減小外部電源細(xì)微變化的影響，從而確保輸出模擬信號(hào)的精度和穩(wěn)定度。
該D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)通過(guò)濾波電路可濾除V/UHF波段以外的雜波信號(hào)，采用MINI公司生產(chǎn)的PLP-90低通濾波器可抑制60dB以上的帶外雜波。PLP-90是一種高性能的低通濾波器，90MHz以下的信號(hào)均可通過(guò)。
4 應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題
所有的電源穩(wěn)壓模塊的輸入輸出都要通過(guò)三重濾波，以分別濾除高頻、中頻和低頻三重雜波，保證電源不帶任何干擾，同時(shí)在芯片電源輸入時(shí)，要進(jìn)行電源去耦。另外，模擬電源、數(shù)字電源、時(shí)鐘電源都要采用0.01μF的電容來(lái)對(duì)各自的地進(jìn)行旁路去耦。去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片電源的輸入端，最好采用表面貼裝元件以減小引線帶來(lái)的干擾，且電容和芯片應(yīng)在同一層面上，以減少寄生電感和電容。
數(shù)字地、模擬地、時(shí)鐘地應(yīng)分別連接，以減少相互間的干擾。數(shù)字地、模擬地、時(shí)鐘地在電源輸入端可采用磁珠進(jìn)行單點(diǎn)連接，以避免各地間的相互干擾。此外，模擬電源、數(shù)字電源在電源接入端也必須用磁珠進(jìn)行隔離，以避免電源間的干擾。
根據(jù)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)理論，高速電路與其連線間的相互作用是決定性因素，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不能忽略。隨著門(mén)傳輸速度的提高，在信號(hào)線上的反射有可能相應(yīng)增加，相鄰信號(hào)線之間的串?dāng)_也將成比例地增加。為了解決反射和串?dāng)_問(wèn)題，在ECL電路的 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般采用傳輸線阻抗匹配（端接）法和屏蔽隔離等來(lái)使傳輸信號(hào)的完整性得到保證。常用的端接方法有并聯(lián)（50Ω接到-2V）、串聯(lián)（50Ω接到VEE）、組合（82Ω接到VCC,130Ω接到VEE）三種。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意：不要使D/A轉(zhuǎn)換板上的信號(hào)速率太高，同時(shí)信號(hào)種類(lèi)也比較多，因此，筆者設(shè)計(jì)時(shí)采用了四層板來(lái)對(duì)重要信號(hào)線進(jìn)行屏蔽，從而減少了信號(hào)間的串?dāng)_。其中上下兩層走微帶線并嚴(yán)格控制阻抗匹配。高速數(shù)字信號(hào)端在連接時(shí)不能單純采用主動(dòng)并行端接技術(shù)，否則不能保證高速信號(hào)的完整性，因而要對(duì)主動(dòng)并行端接技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，并應(yīng)對(duì)偏移電壓進(jìn)行電源濾波。此板中的偏移電壓為-2V,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在-2V電源的端接處加一個(gè)0.01μF的濾波電容，以保證高速信號(hào)不受板中時(shí)鐘的干擾，從而保證輸出模擬信號(hào)的準(zhǔn)確度。
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