基于AD9680的改進(jìn)型電源軌電路設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

薛 亮，羅新元，蘇郁秋，孫 天

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無錫 214072；2.南京理工大學(xué)，南京 210094）

1 引言

AD9680是一款14位、JESD204B通信的雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。其出色的芯片性能被廣泛應(yīng)用于寬帶接收機(jī)與雷達(dá)接收機(jī)設(shè)計(jì)[1]等要求供電穩(wěn)定的軍民兩用電源電路中。目前基于AD9680的研究主要基于JESD204B協(xié)議進(jìn)行[1-4]。在基于AD9680的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，因其電源抑制比很差，對(duì)于要求高電源效率和低噪聲性能的應(yīng)用，必須為其提供干凈的無噪聲電源[5]，其難點(diǎn)在于對(duì)電源軌的設(shè)計(jì)。

AD9680的電源軌設(shè)計(jì)一般有兩種方法，一種是直接將輸入電壓經(jīng)過ADP1741、ADP125等線性調(diào)節(jié)器(LDO)供電給AD9680芯片[4]；另一種使用ADP2164與ADP2384電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)化后，經(jīng)過LDO供電給AD9680[6]。上述電源軌的設(shè)計(jì)可以為AD9680提供穩(wěn)定的電源，但輸入電壓的大小并不能滿足大部分的電路應(yīng)用。為進(jìn)一步提高性能，有以下兩種渠道：一是部分電壓調(diào)節(jié)器可以省略，從而提高轉(zhuǎn)化效率和減少成本；二是LDO芯片在價(jià)格不變的基礎(chǔ)上，可以選用更加穩(wěn)定的型號(hào)，從而提高電源穩(wěn)定性。

本文設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型AD9680的硬件電路。這套電路主要由2路輸入電壓、1路降壓電路與5路LDO電路組成。

2 AD9680電源軌簡(jiǎn)介

如圖1所示，AD9680必須由7個(gè)電源軌進(jìn)行供電 ， 分 別 為 ：AVDD1=1.25 AV，AVDD2=2.5 AV，AVDD3=3.3 AV，AVDD1_SR=1.25 AV，DVDD=1.25 V，DRVDD=1.25 V，SPIVDD=1.8 AV。其中每個(gè)電源軌對(duì)應(yīng)的最大驅(qū)動(dòng)電流分別為：IAVDD1=720 mA，IAVDD2=680 mA，IAVDD3=142 mA，IAVDD1_SR=18 mA，IDVDD=236 mA，IDRVDD=225 mA，ISPIVDD=6 mA[5]。

圖1 AD9680結(jié)構(gòu)圖

3 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)各電源軌所需的最大驅(qū)動(dòng)電流分別選用了ADM1760、ADP2164、ADP1740、ADP1741 與 ADP124芯片，各芯片型號(hào)與主要性能參數(shù)如表1所示[6-9]。

表1 各芯片性能表

圖2 AD9680電源軌結(jié)構(gòu)圖

基于AD9689的電源軌如圖2所示，采用更為常見的3.3 V與5 V作為外部輸入電源。因AVDD1與AVDD1_SR、DRVDD與DVDD同為模擬電壓輸出1.25 AV與數(shù)字電壓輸出1.25 V，將DVDD并入DRVDD電路中，將AVDD1_SR并入AVDD1電路中。在電路合并后，兩路的最大輸出電流分別為IAVDD1+IAVDD1_SR=738 mA與IDRVDD+IDVDD=461 mA，采用ADP1741作為電路的LDO。同時(shí)在1.8 V、2.5 V與3.3 V電路中，選擇芯片型號(hào)為固定電壓輸出，這樣的輸出值不受電阻值的影響，而且提供電壓反饋，使得電源更加穩(wěn)定。

電壓轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中存在功率丟失問題，從而降低了后續(xù)電路中的功率，在電路設(shè)計(jì)過程中需盡量避免這一問題。在AVDD3電路中，所需的驅(qū)動(dòng)電流較小且為單路，在其前置電路中并不需要電壓調(diào)節(jié)器來提供較大的電流輸出，所以可以將5 V直接接入ADP124。

4 仿真試驗(yàn)

為驗(yàn)證AD9680的電源軌設(shè)計(jì)的合理與穩(wěn)定性，我們進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。圖3所示為AD9680電路設(shè)計(jì)的實(shí)物圖。在-20℃下對(duì)AD9680進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，隨機(jī)篩選出20組采樣數(shù)據(jù)，如表2所示。將采樣后的數(shù)據(jù)在MATLAB 14.0中進(jìn)行FFT數(shù)據(jù)分析，其時(shí)域圖如圖 4、圖 5 所示。圖 6、7、8 分別為 6.95 GHz、2.85 GHz與1.45 GHz的頻譜點(diǎn)，證明了該電路設(shè)計(jì)具有可靠的頻譜識(shí)別性。

表2 隨機(jī)篩選20組采樣數(shù)據(jù)

圖3 AD9680電路設(shè)計(jì)實(shí)物圖

圖4 數(shù)據(jù)時(shí)域圖

圖5 放大后的數(shù)據(jù)時(shí)域圖

圖6 6.95 GHz頻譜圖

圖7 2.85 GHz頻譜圖

圖8 1.45 GHz頻譜圖

試驗(yàn)證明，輸出數(shù)據(jù)與輸入信號(hào)頻率相等。該AD9680電源軌的設(shè)計(jì)在節(jié)省器件的同時(shí)能夠進(jìn)行穩(wěn)定的工作，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

5 總結(jié)

本文基于ADP9680電源軌的基本結(jié)構(gòu)，并參考眾多LDO芯片手冊(cè)，設(shè)計(jì)了一種AD9680改進(jìn)型電路。在7路電源軌上，將DVDD合并在DRVDD電路中，將AVDD1_SR合并在AVDD1電路中，同時(shí)去掉了AVDD3變壓器電路，這種結(jié)構(gòu)在節(jié)省成本的同時(shí)，不僅能夠優(yōu)化PCB電路設(shè)計(jì)，而且提高了供電電源的穩(wěn)定性，最后通過仿真試驗(yàn)證明了電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。