基于ADS5517的無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

1 ADS5517芯片簡(jiǎn)介

ADS5517是TI公司新近推出的一款高采樣率、高性能的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。它擁有小封裝體積和高模擬帶寬，并且在高頻模擬信號(hào)輸入的前提下可以得到很高的SNR(Signal—to—Noise Ratio，信噪比)和SFDR(Spurious—Free Dynamic Range，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍)。ADS5517具有可編程增益功能，使其可以在很低的滿量程模擬信號(hào)輸入范圍內(nèi)獲得很高的SFDR。其主要特點(diǎn)如下：

◆最高采樣率為200 Msps；

◆支持11位采樣分辨率；

◆支持內(nèi)部采樣和保持；

◆支持高達(dá)800 MHz的模擬信號(hào)輸入帶寬；

◆支持雙數(shù)據(jù)率LVDS和并行CMOS兩種輸出模式；

◆支持振幅峰一峰值低至400 mV的雙極性時(shí)鐘輸入信號(hào)。

基于以上特點(diǎn)，ADS5517可以應(yīng)用于無(wú)線通信設(shè)備、測(cè)試與測(cè)量?jī)x器、高性能視頻設(shè)備、雷達(dá)系統(tǒng)等儀器的設(shè)計(jì)制造。

2 模塊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

模塊系統(tǒng)主要有3部分組成：模擬信號(hào)采集模塊、采集數(shù)據(jù)處理模塊和處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。這三部分以采集數(shù)據(jù)處理模塊為主，此模塊的核心芯片是TI公司新推出的高性能、低功耗定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5509a。它控制著整個(gè)模塊系統(tǒng)的其他芯片，即ADS5517和FRAM存儲(chǔ)器FM22L16。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：ADS5517在TMS320VC5509a的控制下實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采集，并送到TMS320VC5509a進(jìn)行相應(yīng)的處理計(jì)算，最終將處理好的結(jié)果暫時(shí)存放到FM22L16中。其具體的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2．1 前置放大電路與ADS5517的連接

前置放大電路是利用差分放大器THS4509把單極性輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘质捷敵鲂盘?hào)，以滿足ADS5517模擬信號(hào)差分輸入的形式。電路中利用電阻RFIL隔離放大器的輸出和ADS5517的輸入，而電阻RFIL和CFIL組成的低通濾波器可以抑制信號(hào)和電路中引進(jìn)的噪聲。電路中利用ADS5517的VCM引腳輸出的共模電壓來(lái)控制放大器THS4509，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)越的性能。具體的連接電路如圖2所示。

2．2 ADS5517與TMS320VC5509a的連接電路

ADS5517在TMS320VC5509a的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采樣，為了充分利用ADS5517的優(yōu)越性能，需要盡量降低系統(tǒng)的功耗，模塊系統(tǒng)采用了串行接口和并行接口兩種通信模式，從而可以靈活地控制ADS5517實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)采樣。在這種連接方式下，可以使ADS5517工作在低采樣率模式下，并且能使ADS5517進(jìn)入休眠狀態(tài)。具體的連接如圖3所示。

2．3 TMS320VC5509a與FM22L16的連接電路

TMS320VC5509a芯片擁有專門(mén)的外部存儲(chǔ)器接口，很容易實(shí)現(xiàn)與同步、異步外部存儲(chǔ)器無(wú)縫連接，從而達(dá)到很高的性能。FM22L16是一款異步外部存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)和讀取速度很快。它擁有低電源電壓寫(xiě)入保護(hù)，以阻止非法寫(xiě)入；擁有軟件可編程塊寫(xiě)入保護(hù)。與帶有內(nèi)部封裝電池的SRAM相比，它有無(wú)內(nèi)部封裝電池、單片集成電路可靠、真正表面封裝處理等特點(diǎn)。模塊利用FM22L16作為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)存取操作，并能在復(fù)雜的環(huán)境中保持?jǐn)?shù)據(jù)的穩(wěn)定性。具體的連接電路如圖4所示。

2．4 模塊電源電路

電源電路主要是給上面應(yīng)用的集成芯片供電，由于所用芯片的供電電壓都為3．3 V，因此選用TI公司的REG101NA一3．3為T(mén)HS4509及ADS5517的AVDD供電；而TMS320VC5509a有兩種電源電壓，即核心電壓為1．6 V(CPU工作頻率為200 MHz)，I／0口電壓為3．3 V，因此需要使用專用電源供電。這里選用雙輸出低漏電壓調(diào)整器TPS767D301產(chǎn)生3．3 V和1．6 V兩種電壓來(lái)滿足使用要求，并且TPS767D301產(chǎn)生的3．3 V還可以為FM22L16及ADS5517的DRVDD供電。這樣設(shè)計(jì)就可以使ADS5517的AVDD和DRVDD的供電電源分離開(kāi)，從而隔離數(shù)字開(kāi)關(guān)噪聲和敏感模擬電路，減少二者之間的影響。

3 模塊系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是指TMS320VC5509a內(nèi)部初始化及其對(duì)其他芯片的控制、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)程序等，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊的功能。TMS320VC5509a內(nèi)部初始化主要是內(nèi)部寄存器的配置、中斷向量的設(shè)置、外部控制引腳的配置等，而對(duì)其他芯片的控制主要是對(duì)ADS5517和FM22L16的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)的存取等功能。軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖中，OVR是指ADS5517模擬量輸入超出芯片量程。由圖5可知，系統(tǒng)軟件在采樣模擬信號(hào)沒(méi)有超出芯片量程的情況下，軟件程序是順序循環(huán)執(zhí)行，即讀取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存取數(shù)據(jù)；而當(dāng)輸入的模擬信號(hào)超出ADS5517的輸入量程時(shí)，程序?qū)⑼Ｖ笰DS5517，以保護(hù)其不被損壞。這里僅給出部分程序：

結(jié) 語(yǔ)

　　該模塊系統(tǒng)是在盡量降低系統(tǒng)功耗的前提下設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)所用芯片的工作電壓基本都是3．3 V，可以說(shuō)電壓很低，而且主要芯片都有靜態(tài)省電模式，這就為此模塊系統(tǒng)應(yīng)用到便攜式儀器上提供了前提和條件。它不但可以充分利用電源電量，而且可以延長(zhǎng)便攜式儀器上電池的工作時(shí)間。

作者：石浩亮 劉利花 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用