引言

數(shù)據(jù)采集技術是一種流行且實用的電子技術。它廣泛應用于信號檢測、信號處理、儀器儀表等領域。近年來,隨著數(shù)字化技術的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術也呈現(xiàn)出速度更高、通道更多、數(shù)據(jù)量更大的發(fā)展趨勢。

本設計中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件是凌力爾特公司的A/D轉換芯片LTC2207。本文研究了在ARM核S3C2440芯片和FPGA的控制下對直流數(shù)據(jù)和正弦信號的采集應用，并進行了相關的仿真驗證。

1 LTC2207芯片介紹[1]

1.1 LTC2207的功能特性

LTC2207是16位A/D轉換器，它的采樣速率為105 Msps。LTC2207是針對輸入頻率為700 MHz的高頻、寬動態(tài)范圍信號進行數(shù)字化處理而設計的。它可以利用PGA前端(輸入范圍為 1.5VPP 或2.25VPP )對該ADC的輸入范圍進行優(yōu)化。

LTC2207非常適合于要求苛刻的通信應用。它的AC性能包括78.2 dB噪聲層和100 dB無雜散動態(tài)范圍(SFDR);250 MHz時SFDR>83 dB(輸入范圍為1.5VPP時);80fsRMS的超低抖動實現(xiàn)了高輸入頻率的欠采樣和卓越的噪聲性能;最大DC規(guī)格包括整個溫度范圍內的±4LSB INL、±1LSB DNL(無漏失碼)。

LTC2207具有單一的3.3 V供電電源，單一的電源允許CMOS輸出擺幅為0.5～3.6 V。它同時具有700 MHz全功率帶寬 S/H (采樣及保持)，可選的內部抖動和數(shù)據(jù)輸出(Randomizer)隨機函數(shù)發(fā)生器，功耗為900 mW。LTC2207可利用正弦波時鐘、PECL、LVDS、TTL或CMOS輸入對 ENC+和 ENC-輸入進行差分或單端驅動?？扇芜x的時鐘占空比穩(wěn)定器在全速和多種時鐘占空比條件下實現(xiàn)了高性能。

LTC2207的引腳說明略——編者注。

1.2 LTC2207的時序說明

LTC2207時序圖如圖1所示。LTC2207是帶有前端PGA的CMOS多步轉換器。模擬輸入是差分信號以提高共模噪聲抑制，最大限度地利用輸入范圍。此外，差分輸入信號可以降低取樣保持電路的諧波。編碼輸入也比共模抑制輸入具有更強的抗干擾能力。

圖1 LTC2207時序圖

LTC2207的采集取決于ENC+/ENC-輸入引腳的狀態(tài)，由圖1可知LTC2207在ENC+引腳的上升沿時(ENC-引腳的下降沿時)采樣模擬輸入信號。它有5個流水線模數(shù)轉換階段，經過7個周期后,一個模擬采樣輸入就會轉換為一個數(shù)字值，數(shù)字輸出上/下溢出則由OF引腳上的邏輯高電平表示。

此A/D轉換器有一個延遲的編碼輸入作為數(shù)字輸出，提供了CLKOUT+和CLKOUT-兩信號;需要使用正弦時鐘編碼信號CLKOUT+/CLKOUT-將數(shù)據(jù)同步轉換到數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)據(jù)在CLKOUT+的上升沿或CLKOUT-的下降沿鎖存，在CLKOUT+下降沿和CLKOUT-上升沿時更新。

2 硬件電路設計

信號采集部分主要完成對模擬信號的調理和A/D轉換芯片的采集。A/D轉換芯片的輸入信號是差分的，而被采集的信號是單端的，這就需要把單端信號轉換成差分信號。輸入的信號經過MAX4201緩沖后，由差分驅動器AD8131轉換成差分信號，驅動A/D轉換芯片LTC2207。

采用LVDS轉發(fā)器MAX9150轉換FPGA所給的時鐘信號，作為LTC2207的采集控制信號ENC。MAX9150的轉換電路如圖2所示。

圖2 MAX9150的轉換電路

圖3 采集輸入信號的前端調理電路

LTC2207的模擬差分信號輸入前端的調理芯片采用低噪聲、低功耗、超高速開環(huán)緩沖器MAX4201和高速差分驅動器AD8131。采集輸入信號的前端調理電路如圖3所示。圖中MAX4201采用±5 V供電，對地并聯(lián)的電容給電源濾波，為緩沖器提供無干擾的電源。緩沖后的信號，由MAX4201的5引腳輸出，其輸出阻抗是50 Ω，再經過AD8131完成單端到差分的轉換。

LTC2207的采集控制電路如圖4所示。其中，AIN+、AIN-為差分模擬輸入信號;ENC+、ENC-為采集芯片的時鐘控制信號;D0～D15為16位數(shù)據(jù)輸出信號;CLKOUT+、CLKOUT-為時鐘輸出信號。

圖4 LTC2207的采集控制電路圖