特征

●125MSPS更新率

●單電源：+3.3V或+5V

●高SFDR:70dB，fOUT=20MHz

●低故障：2pVs

●低功率：310mW

●內部參考

●斷電模式：23mW

應用

●通訊：

-基站、無線局域網、無線局域網

-基帶I/Q調制

●醫療/測試儀器

●任意波形發生器（ARB）

●直接數字合成（DDS）

說明

DAC2902是一個單片、12位、雙通道、高速數模轉換器（DAC），優化后可提供高動態性能，同時功耗僅為310mW。

DAC2902具有高達125MSPS的高更新率，提供了卓越的動態性能，并能夠生成非常高的輸出頻率，適合“直接中頻”應用。DAC2902已針對通信應用進行了優化，在通信應用中，處理分離速率I和Q數據，同時保持緊密的增益和偏移匹配。

每個DAC具有高阻抗差分電流輸出，適用于單端或差分模擬輸出配置。

DAC2902結合了高動態性能和高吞吐率，為各種波形合成應用創造了一個經濟高效的解決方案：

•系列成員之間的引腳兼容性提供10位（DAC2900）、12位（DAC2902）和14位（DAC2904）分辨率。

•引腳兼容AD9765雙DAC。

•增益匹配通常為滿標度的0.5%，偏移匹配指定為最大0.02%。

•DAC2902采用先進的CMOS工藝；分段式結構將輸出故障能量降至最低，并最大限度地提高動態性能。

•所有數字輸入為+3.3V和+5V邏輯兼容。DAC2902具有內部參考電路，并允許使用外部參考。

•DAC2902在TQFP-48封裝中提供，并在擴展的工業溫度范圍-40°C至+85°C范圍內指定。

時序圖

數字輸入和定時

DAC2902的數據輸入端口接受標準的正編碼，數據位D11是最高有效位（MSB）。轉換器輸出支持高達125MSPS的時鐘速率。最佳性能通常是通過對稱的寫入和時鐘占空比實現的；但是，只要滿足定時規范，占空比可能會有所不同。此外，設置和保持時間可在其規定的限制內選擇。

DAC2902的所有數字輸入都與CMOS兼容。邏輯閾值取決于應用的數字電源電壓，因此它們被設置為大約一半的電源電壓；Vth=+VD/2（±20%公差）。DAC2902設計用于在+3.0V至+5.5V的數字電源（+VD）下工作。

DAC2902內的兩個轉換器通道由兩個獨立的12位并行數據端口組成。每個DACchannel都由它自己的一組寫（WRT1，WRT2）和時鐘（CLK1，CLK2）輸入控制。這里，WRT線控制信道輸入鎖存器，CLK線控制DAC鎖存器。數據首先由WRT線的上升沿加載到輸入鎖存器中。該數據在WRT信號的下一個下降沿提供給DAC鎖存器。在CLK線的下一個上升沿，DAC用新數據更新，模擬輸出信號將相應地改變。DAC2902的雙鎖存結構為WRT和CLK信號生成一個定義的序列，用參數“tCW”表示。當CLK上升沿出現在WRT信號上升沿的同時或之前時，觀察到正確的定時。將WRT和CLK線路連接在一起就可以滿足這個條件。注意，所有的規格都是在WRT和CLK線路連接在一起的情況下測量的。

典型特征

TA=25°C，+VD=+3.3V，+VA=+5V，差動變壓器耦合，IOUT=20mA，50y雙端負載，SFDR高達Nyquist，除非另有說明。

申請信息

操作理論

DAC2902的體系結構使用電流控制技術來實現快速切換和高更新率。單片DAC中的核心元件是一個分段電流源陣列，設計用于提供高達20mA的全刻度輸出電流，如圖1所示。內部解碼器在每次DAC更新時尋址差分電流開關，并通過將所有電流轉向輸出求和節點IOUT或IOUT來形成相應的輸出電流. 互補輸出提供差分輸出信號，與單端操作相比，通過減少偶數次諧波、共模信號（噪聲）和雙峰輸出信號擺幅兩倍來改善動態性能。

分段結構顯著降低了故障能量，提高了動態性能（SFDR）和DNL。電流輸出保持一個非常高的輸出阻抗大于200ky。

滿標度輸出電流由內部參考電壓（約+1.25V）和外部電阻器RSET的比值決定。所得的IREF在內部乘以系數32，以產生有效的DAC輸出電流，該電流的范圍可從2mA到20mA，具體取決于RSET的值。

DAC2902分為數字部分和模擬部分，每個部分通過其自己的電源引腳供電。數字部分包括邊緣觸發的輸入鎖存器和解碼器邏輯，而模擬部分包括電流源陣列及其相關開關和參考電路。

DAC傳遞函數

DAC2902中的每個DAC都有一個互補電流輸出IOUT1和IOUT2。滿標度輸出電流IOUTFS是兩個互補輸出電流的總和：

單個輸出電流取決于DAC代碼，可以表示為：

其中'Code'是DAC數據輸入字的十進制表示。此外，IOUTFS是參考電流IREF的函數，它由參考電壓和外部設置電阻RSET決定。

在大多數情況下，互補輸出將驅動電阻負載或終端變壓器。信號電壓將根據以下條件在每個輸出端產生：

負載電阻值受DAC2902輸出符合性規范的限制。為了保持規定的線性性能，IOUT和IOUT的電壓不應超過最大允許合規范圍。

可以將兩個單端輸出電壓組合起來，得出總差分輸出擺幅：

模擬輸出

DAC2902提供兩個互補電流輸出，IOUT和IOUT。表示差分拓撲的模擬輸出級的簡化電路如圖2所示。IOUT和IOUT的輸出阻抗由差動開關、電流源和相關寄生電容并聯組合而成。

在IOUT和IOUT兩個輸出端可能產生的信號電壓擺幅受到正負順應性的限制。負限值-1V是由CMOS工藝的擊穿電壓給出的，超過該限值將影響DAC2902的可靠性，甚至造成永久性損壞。滿標度輸出設置為20mA時，正合規性等于1.25V，使用+VA=5V的模擬電源工作。請注意，對于IOUTFS=2mA的選定輸出電流，合規范圍減小至1V左右。應注意，DAC2902的配置不超過合規范圍，以避免失真性能和整體線性度下降。

當最大滿標度輸出信號限制在約0.5Vp-p時，通常可獲得最佳失真性能。50Ω雙端接負載和20mA滿標度輸出電流就是這種情況。通過選擇合適的變壓器，同時保持IOUT和IOUT的最佳電壓水平，可以使各種負載適應DAC2902的輸出。此外，將差分輸出配置與變壓器結合使用將有助于實現優異的失真性能。共模誤差，如偶數階harmon  IC或噪聲，可以大大減少。在高輸出頻率的情況下尤其如此。

對于那些需要最佳失真和噪聲性能的應用，建議選擇20mA的滿標度輸出。對于需要低功耗，但可以容忍稍有降低的性能水平的應用，可以考慮將滿量程范圍降低到2mA。

輸出配置

DAC2902的電流輸出允許多種配置，其中一些配置如表1所示。如前所述，利用轉換器的差分輸出將產生最佳的動態性能。這種差分輸出電路可以由RF變壓器或差分放大器配置組成。變壓器配置是大多數交流耦合應用的理想配置，而運算放大器將適用于直流耦合配置。

對于需要單極輸出電壓的應用，可以考慮單端配置。將一個電阻從任一個輸出端連接到接地，將輸出電流轉換為一個接地參考電壓信號。為了通過保持虛擬接地來改善直流線性，可以考慮I-To-V或運放配置。

變壓器差動

使用射頻變壓器提供了一種將差分輸出信號轉換為單端信號的便捷方法，同時實現了出色的動態性能（見圖3）。應根據輸出頻譜和阻抗要求仔細選擇合適的變壓器。差分變壓器配置的優點是顯著減少共模信號，從而改善在較寬頻率范圍內的動態性能。此外，通過選擇合適的阻抗比（繞組比），變壓器可以提供最佳的阻抗匹配，同時控制轉換器輸出的柔順電壓。所示型號ADTT1-1（通過微型電路），具有1:1的比率，可用于連接DAC2902和50Ω負載。這將導致每個輸出IOUT和IOUT的負載為25Ω。輸出信號是交流耦合的，并且由于其磁耦合而固有的隔離。

如圖3所示，變壓器的中心抽頭接地。這迫使電壓在IOUT和IOUT上擺動以0V為中心。在這種情況下，兩個電阻RL可替換為一個RDIFF，或完全省略。只有當所有部件彼此靠近，且駐波比不重要時，才應使用這種方法。可以實現從DAC輸出到負載的完整功率傳輸，但應遵守輸出符合性范圍。或者，如果中心抽頭未連接，信號擺動將位于RL•IOUTFS/2的中心。但是，在這種情況下，必須使用兩個電阻器（RL）來為兩個輸出啟用必要的直流電流。

使用運算放大器的差分配置

如果應用需要直流耦合輸出，可以考慮使用差分放大器，如圖4所示。配置差分放大器需要四個差分反饋放大器作為運算放大器。在所示配置下，DAC2902在負載電阻器RL處生成0.5Vp-p的差分輸出信號。選擇顯示的電阻值是為了使每個電流輸出產生25Ω的對稱負載，因為差分放大器的輸入阻抗與電阻RL并聯，因此應予以考慮。

OPA680配置為增益為2。因此，使用20mA滿標度輸出操作DAC2902將產生±1V的電壓輸出。這需要放大器在雙電源（±5V）的情況下工作。電阻器的公差通常設置可實現共模抑制的極限。通過微調電阻R4可以得到改進。

這種配置通常比前面討論的變壓器解決方案提供更低的交流性能水平，因為放大器引入了另一個失真源。應根據其轉換率、諧波失真和輸出擺幅來選擇合適的放大器能力。高-可以考慮使用像OPA680或OPA687這樣的速度放大器。該電路的交流性能可以通過在輸出端和輸出端之間增加一個小電容器（CDIFF）來提高，如圖4所示。這將引入一個實極點來創建一個低通濾波器，從而限制DAC的快速輸出信號階躍，否則可能會驅動放大器進入轉換限制或過載狀態；兩者都會導致過度扭曲。這個差分放大器可以很容易地修改，以增加一個電平漂移的應用需要單端輸出電壓為單極性，即在0V和+2V之間擺動。

雙跨阻輸出配置

圖5的電路示例顯示了連接到雙電壓反饋運算放大器OPA2680的求和結的信號輸出電流，該運算放大器被設置為跨阻級或“I-to-V轉換器”。利用該電路，DAC的輸出將保持在一個虛擬地上，使輸出阻抗變化的影響最小化，從而獲得最佳的直流線性度（INL）。如前所述，應注意不要將放大器驅動到轉換速率限制中，并產生不必要的失真。

該電路的直流增益等于反饋電阻RF。在高頻下，DAC輸出阻抗（CD1，CD2）將在OPA2680的噪聲增益中產生0，這可能導致閉環頻率響應的峰值。增加射頻增益以補償峰值噪聲。為了實現平坦的跨阻頻率響應，每個反饋網絡中的極點應設置為：

使用GBP=OPA的增益帶寬積，

其轉角頻率f-3dB約為：

滿標度輸出電壓僅由IOUTFS•RF的乘積定義，并具有負單極漂移。為了提高該電路的交流性能，需要考慮射頻和/或輸出功率的調整。此應用實例的進一步擴展可包括在OPA2680的輸出處添加差分濾波器，然后添加變壓器，以便轉換為單端信號。

單端配置

使用一個連接到一個DAC輸出的負載電阻，一個簡單的電流電壓轉換可以完成。圖6中的電路顯示了連接到IOUT的50Ω電阻器，為進一步連接的50Ω電纜提供終端。因此，當標稱輸出電流為20mA時，DAC會在25Ω負載中產生0V到0.5V的總信號擺幅。

只要不超過輸出符合范圍，就可以選擇不同的負載電阻值。此外，輸出電流IOUTFS和負載電阻可以相互調節，以提供所需的輸出信號擺幅和性能。

接口模擬正交調制器

雙通道DAC的主要應用之一是用于數字通信的基帶I和Q通道傳輸。在這個應用中，DAC之后是模擬正交調制器，用基帶數據調制IF載波，如圖7所示。通常，這些正交調制器的輸入級由npn型晶體管組成，這些晶體管需要大于0.8V的直流偏壓（基極）電壓。寬的輸出順應范圍（–10V到+1.25V）允許DAC2902和正交調制器之間的直接直流耦合。

圖8顯示了一個使用精密電阻網絡的直流耦合接口和直流電平偏移的示例。如圖9所示，耦合接口的優點是調制器輸入端的共模電平可以獨立于DAC輸出端的共模電平進行設置。

此外，在該裝置中沒有電壓損失。

內部參考操作

DAC2902有一個片上參考電路，該電路包括1.25V帶隙基準和兩個控制放大器，每個DAC一個。DAC2902的滿標度輸出電流IOUTFS由參考電壓確定，VREF，以及電阻RSET的值。IOUTF可通過以下公式計算：

外部電阻RSET連接到FSA引腳（滿標度調整），見圖10。參考控制放大器作為V-I轉換器工作，產生參考電流，IREF，由VREF和RSET之比確定（如等式10所示）。滿標度輸出電流IOUTFS是由IREF乘以一個固定因子32得到的。

使用內部參考時，2kΩ電阻值會產生大約20mA的滿標度輸出。應考慮公差為1%或更高的電阻器。選擇更高的值，輸出電流可以從20mA調整到2mA。出于降低總功耗、優化失真性能或觀察給定負載條件下的輸出順應性電壓限制的原因，在低于20mA的輸出電流下操作DAC2902可能是可取的。

建議使用0.1μF或更高的陶瓷芯片電容器繞過REFIN引腳。控制放大器內部補償，其小信號帶寬約為0.3MHz。

增益設置選項

DAC2902上的滿標度輸出電流可以通過兩種方式設置：單獨為兩個DAC通道中的每一個通道設置，或者同時為兩個通道設置。對于獨立增益設置模式，GSET引腳（引腳42）必須低（即連接到AGND）。在此模式下，需要兩個外部電阻器-一個RSET連接到FSA1引腳（引腳44），另一個連接到FSA2引腳（引腳41）。在這種配置中，用戶能夠靈活地獨立地設置和調整每個DAC的滿標度輸出電流，允許補償發射信號路徑內其他地方可能的增益不匹配。

或者，使GSET引腳高（即連接到+VA），DAC2902將切換到同步增益設置模式。現在，兩個DAC通道的滿標度輸出電流僅由連接到FSA1引腳的一個外部RSET電阻器決定。FSA2引腳處的電阻器可以被移除，但是這不是必需的，因為該引腳在這種模式下不起作用，并且電阻器對增益方程沒有影響。推導正確RSET的公式保持不變，例如RSET=2ky將為兩個dac產生20mA輸出。

外部參考操作

只需在REFIN管腳上施加一個外部參考電壓，就可以禁用內部參考，在本例中，該引腳起到輸入的作用，如圖11所示。對于需要更高精度和漂移性能的應用，或者增加動態增益控制能力，可以考慮使用外部基準。

雖然建議將0.1μF電容器用于內部基準，但對于外部基準操作，電容器是可選的。參考輸入REFIN具有高輸入阻抗（1MΩ），可以很容易地由各種電源驅動。注意，外部基準的電壓范圍應保持在參考輸入的合規范圍內（0.5V至1.25V）。

斷電模式

DAC2902具有斷電功能，可用于將總電源電流降低至6mA以下。在PD引腳上應用邏輯高將啟動斷電模式，而邏輯低則啟用正常操作。當保持斷開連接時，內部有源下拉電路將使轉換器能夠正常工作。

接地、解耦和布局信息

正確的接地和旁路、短引線長度和接地層的使用對于高頻設計尤為重要。多層印刷電路板被推薦為最佳性能，因為它們具有顯著的優點，如最小化接地阻抗、信號層與接地層分離等。

DAC2902為其模擬和數字電源和接地連接使用單獨的引腳。去耦電容器的位置應確保模擬電源（+VA）旁路至模擬接地（AGND），數字電源旁路至數字接地（DGND）。在大多數情況下，每個電源引腳處的0.1μF陶瓷片電容器足以提供低阻抗去耦路徑。請記住，它們的有效性在很大程度上取決于與單個電源和接地引腳的接近程度。因此，這些導線應盡可能靠近設備。只要可能，電容器應位于pc板背面每對電源/接地引腳的正下方。這種布局方法將最小化元件引線和PCB線路的寄生電感。

可根據需要在轉換器附近添加與表面貼裝鉭電容器（1μF至4.7μF）的進一步電源去耦。

DAC2902的所有電源和接地連接都需要低噪聲。建議使用利用獨立電源和接地層的多層PCB。混合信號設計需要特別注意不同電源電流和信號軌跡的布線。一般來說，模擬電源和接地層只應延伸到模擬信號區域，如DAC輸出信號和參考信號。數字電源和接地層必須限于覆蓋數字電路的區域，包括連接到轉換器的數字輸入線以及時鐘信號。模擬和數字接地層應在DAC下方的一個點連接在一起。這可以通過大約1/8英寸（3毫米）的短軌跡實現。

應通過使用寬PCB線路或平面向DAC2902供電。寬電流將提供較低的跟蹤阻抗，進一步優化電源解耦。轉換器的模擬和數字電源只能通過pc板的電源連接器連接在一起。在只有一個電源電壓可用于為DAC供電的情況下，可以使用鐵氧體磁珠和旁路電容器來創建LC濾波器。這將產生一個低噪聲模擬電源電壓，然后可以連接到DAC2902的+VA電源引腳。

在設計布局時，重要的是保持模擬信號軌跡與任何數字線路分離，以防止噪聲耦合到模擬信號路徑上。

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