簡介

AD5766/AD5767 是 16 通道、16 位/16 位 denseDAC® 數(shù)模轉換器 (DAC)，采用 +2.5 V 外部基準電壓源，經配置可產生最小電壓 −20 V 到最大電壓 +14 V 的多種輸出電壓范圍，同時提供每通道最高 20 mA 的輸出電流。

AD5766/AD5767 集成了模擬擾動功能，可以找到最佳直流偏置點，并使調制器保持正交，適用于磷化銦 Mach Zehnder 調制器 (InP MZM)，如應用筆記 AN-1446——“AD5767 中的擾動生成”所述。

當模擬擾動輸入的模擬輸入頻率或幅度特性不滿足給定調制器范圍的應用要求時，DAC 本身可生成數(shù)字擾動或任意波形。

本應用筆記的目的是討論涉及輸出信號的數(shù)字擾動。

圖 1 顯示了 AD5766/AD5767 的功能框圖。

圖 1.AD5766/AD5767 功能框圖

AD5766/AD5767 中的擾動詳情

如何生成數(shù)字擾動

通過連續(xù)更新DAC寄存器，可以數(shù)字化地生成正弦波、方波、三角波或任意波形。為了保證從 DAC 所產生離散樣本重構的信號具有更高的性能，必須了解一些基本原理。最大更新速率或每秒更新次數(shù) (UPS) 必須以給定分辨率的輸出的建立能力為限。

第一步是分析 VOUTx 引腳更新涉及到的步驟。

1. 將一個新值寫入輸入寄存器，如圖 2 所示。

2. 數(shù)字模塊處理該命令并更新DAC寄存器，如圖 3 所示。

3. VOUTx 電壓開始建立到寫入寄存器的新數(shù)字碼所定義的電壓(見圖 4)。

4. 經過一段可變時間后(如圖 4 所示)，輸出穩(wěn)定在新數(shù)字碼所定義的電壓的一定容差范圍內，通常在最終數(shù)字碼的 ±0.5 LSB 范圍。

圖 2.VOUTx 更新，步驟 1

圖 3.VOUTx 更新，步驟 2

圖 4.VOUTx 更新，步驟 3 和步驟 4

通常，導致 DAC 從步驟 1 前進到步驟 4 的時間越短，則生成的樣本數(shù)或每秒更新次數(shù)越多。這有兩重含義：首先，生成的輸出越多，生成的輸出信號就越平滑;其次，可以生成更高的頻率。

如何最大限度提高更新速率

默認情況下，每秒可生成的最大更新次數(shù)受限于新數(shù)字碼經歷上述所有步驟所花費的時間。本節(jié)分析所有步驟及其對建立時間的影響。

步驟 1 取決于數(shù)字時鐘，在最大時鐘速率 (50 MHz) 下，其最短時間為 20 ns×24 位 = 480 ns，不考慮其他時間限制，例如最小 SYNC 高電平時間。在此情況下，最大更新速率以 5 µs 為限。

步驟 2、步驟 3 和步驟 4 中所述的特定條件下的輸出電壓建立時間參見 AD5766/AD5767 數(shù)據(jù)手冊的“技術規(guī)格”部分。在此情況下，數(shù)字碼從¼量程躍遷到¾量程且容差范圍為 0.5 LSB 時，輸出電壓建立時間約為 10 μs。

總之，對于 0.5 LSB 誤差范圍，在沒有任何壓縮方案的情況下，可以認為總更新時間約為 10 μs。

若應用一些壓縮技術來優(yōu)化和縮短更新時間，則可以改善上述更新時間。

第一種技術是基于并行化活動，即在 VOUTx 電壓仍在建立的同時(步驟 4)，傳輸新數(shù)字碼(步驟 1)。

這就是無損精密技術。

根據(jù) AD5767 數(shù)據(jù)手冊中的技術規(guī)格，建立時間條件(步驟 2、步驟 3 和步驟 4)指的是 5 V 階躍。當 DAC 壓擺率為 1 V/μs 時，DAC 大約需要 5 μs 來處理命令(步驟 2)，還需要大約 5μs 來使 VOUTx 穩(wěn)定(步驟 3 和步驟 4)。

請注意，5μs 建立時間是針對½量程躍遷。其他電壓躍遷所需的時間可通過下式計算：

1 µs × ΔVOUTx = 建立時間

在此情況下，5 V 設置的更新速率時間為 10 μs - 480 ns = 9.52 μs。

圖 5 顯示了這種無損精密技術的原理，正弦波、鋸齒波或三角波信號生成中常見的小階躍變化建議使用這種技術。

圖 5.無損傳輸

另一種壓縮技術更激進，導致 DAC 有效分辨率會有所損失。此方法是在處理前一個命令之前不久更新 DAC。在此情況下，更新速率可以高達 5 μs - 480 ns，這是數(shù)字處理命令時間，如圖 6 所示。這種方法建議用于較大階躍情況，如方波生成。

圖 6.更激進的更新技術

然而，這種技術有三個缺點：輸出建立不完全;必須考慮放大器的增益帶寬 (GBW);數(shù)模轉換毛刺和數(shù)字饋通效應不可忽略。

實際例子

要生成數(shù)字信號，必須考慮若干因素，例如輸出頻率、更新速率和通道數(shù)。

要在單個通道中生成 1 kHz 正弦波信號，假設每周期 10 個樣本，則更新速率為 10,000 UPS。輸出信號如圖 7 所示。

圖 7.利用 AD5766/AD5767 生成 1 kHz 正弦波，更新速率為 10,000 UPS

要生成 20 kHz 正弦波信號，假設每周期 9 個樣本，則更新速率為 180,000 UPS。輸出信號如圖 8 所示。

圖 8.利用 AD5766/AD5767 生成 20 kHz 正弦波，更新速率為 180,000 UPS

要生成 10 kHz 正弦波信號，假設每周期 7 個樣本且有 4 個通道，則更新速率為 1 × 25 × 4 = 100,000 UPS。輸出信號如圖 9 所示。

圖 9.利用 AD5766/AD5767 生成 1 kHz 正弦波，4 通道，更新速率為 100,000 UPS

為了比較頻率和每周期樣本(本例為 5 個)的性能，請參見圖 10。

圖 10.利用 AD5766/AD5767 生成 10 kHz 正弦波，4 通道，更新速率為 200,000 UPS

請注意，圖 9 和圖 10 中不同通道的相位并未匹配;因此，所有正弦波都是用相位 0 生成的。隨著通道順序更新，可觀察到相位延遲。

DAC 輸出效應

生成數(shù)字信號時，鄰道中可觀察到串擾，尤其是在更新速率頻率下，其通常是較高的信號音，如圖 11 所示。

圖 11.鄰道中的模擬串擾