模擬前端電路設(shè)計(jì)

1、模擬前端電路設(shè)計(jì)內(nèi)容提要：超低功耗、高集成的模擬前端芯片是針對(duì)便攜式通信設(shè)備例如手機(jī)、以及無(wú)線終端而設(shè)計(jì)的，芯片內(nèi)部集成了雙路位接收和雙路位發(fā)送，可在轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動(dòng)態(tài)性能。芯片中的模擬輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu)，可以接受滿量程信號(hào)；而模擬輸出則是全差分信號(hào)，在共模電壓下的滿量程輸出范圍為。利用兼容于和的線串行接口可對(duì)工作模式進(jìn)行控制，并可進(jìn)行電源管理，同時(shí)可以選擇關(guān)斷、空閑、待機(jī)、發(fā)送、接收及收發(fā)模式。通過(guò)線串口將器件配置為發(fā)送、接收或收發(fā)模式，可使工作在或系統(tǒng)。在模式下，接收與發(fā)送可以共用數(shù)字總線，并可將數(shù)字的數(shù)目減少到一組位并行多路復(fù)用總線；而在模式下，的數(shù)字可以被配置為位并

2、行多路復(fù)用總線，以滿足雙位與雙位的需要。關(guān)鍵詞：緩沖器；模擬前端芯片；放大器目錄引 言1第一章：的工作原理21.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理21.2線串口可用來(lái)控制的工作模式3第二章： 的典型應(yīng)用4第三章設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)63.1 系統(tǒng)時(shí)鐘輸入()63.2 基準(zhǔn)配置63.3 輸入輸出耦合電路7 線路板布線7結(jié) 論8致謝9引 言轉(zhuǎn)角、以及無(wú)線終端而設(shè)計(jì)的，芯片內(nèi)部集成了雙路位接收和雙路位發(fā)送，可在轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動(dòng)態(tài)性能。芯片中的模擬輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu)，可以接受滿量程信號(hào)；而模擬輸出則是全差分信號(hào)，在共模電壓下的滿量程輸出范圍為。利用兼容于和的線串行接口可對(duì)工作模式進(jìn)行控制，并可進(jìn)行電源管理，同時(shí)

3、可以選擇關(guān)斷、空閑、待機(jī)、發(fā)送、接收及收發(fā)模式。通過(guò)線串口將器件配置為發(fā)送、接收或收發(fā)模式，可使工作在或系統(tǒng)。在模式下，接收與發(fā)送可以共用數(shù)字總線，并可將數(shù)字的數(shù)目減少到一組位并行多路復(fù)用總線；而在模式下，的數(shù)字可以被配置位并行多路復(fù)用總線，以滿足雙位與雙位的需要。第一章：的工作原理1.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖1-1所示為其中，采用七級(jí)、全差分、流水線結(jié)構(gòu)，可以在低功耗下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。每半個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行一次采樣。包括輸出鎖存延時(shí)在內(nèi)，通道的總延遲時(shí)間為個(gè)時(shí)鐘周期，而通道則為個(gè)時(shí)鐘周期，圖給出了時(shí)鐘、模擬輸入以及相應(yīng)輸出數(shù)據(jù)之間的時(shí)序關(guān)系。的滿量程模擬輸入范圍為，共模輸入范圍為。為與之差。由于

4、中的前端帶有寬帶放大器，因此，能夠跟蹤并采樣保持高頻模擬輸入奈魁斯特頻率。使用時(shí)可以通過(guò)差分方式或單端方式驅(qū)動(dòng)兩路輸入 與。為了獲得最佳性能，應(yīng)該使與以及與間的阻抗相匹配，并將共模電壓設(shè)定為電源電壓的一半。數(shù)字邏輯輸出的邏輯電平由決定，的取值范圍為至，輸出編碼為偏移二進(jìn)制碼。數(shù)字輸出的容性負(fù)載必須盡可能低，以避免大的數(shù)字電流反饋到的模擬部分而降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)數(shù)字輸出端的緩沖器可將其與大的容性負(fù)載相隔離。而在數(shù)字輸出端靠近的地方串聯(lián)一個(gè)電阻，則有助于改善性能。 的位可以工作在高達(dá)的時(shí)鐘速率下，兩路的數(shù)字輸入將復(fù)用位總線。電壓基準(zhǔn)決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出。采用電流陣列技術(shù)，用基準(zhǔn)下滿量

5、程輸出電流驅(qū)動(dòng)內(nèi)部電阻可得到的滿量程差分輸出電壓。而采用差分輸出設(shè)計(jì)時(shí)，將模擬輸出偏置在共模電壓，則可驅(qū)動(dòng)輸入阻抗大于的差分輸入級(jí)，從而簡(jiǎn)化正交上變頻器與模擬前端電路的接口。上變頻器需要至的共模偏壓，內(nèi)部直流共模偏壓在保持每個(gè)發(fā)送整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)可以省去分立的電平偏移設(shè)置電阻，而且不需要編碼發(fā)生器產(chǎn)生電平偏移。圖（）給出了時(shí)鐘、輸入數(shù)據(jù)與模擬輸出之間的時(shí)序關(guān)系。一般情況下，通道數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿鎖存，通道數(shù)據(jù)則在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿鎖存。與通道的輸出同時(shí)在時(shí)鐘信號(hào)的下一個(gè)上升沿被刷新1.2線串口可用來(lái)控制的工作模式上電時(shí)，首先必須通過(guò)編程使工作在所希望的模式下。利用線串口對(duì)器件編程可以使器件

6、工作在關(guān)斷、空閑、待機(jī)、或模式下，同時(shí)可由一個(gè)位數(shù)據(jù)寄存器來(lái)設(shè)置工作模式，并可在所有六種模式下使串口均保持有效。，的模擬電路均被關(guān)斷，的數(shù)字輸出被置為三態(tài)模式，從而最大限度地降低了功耗；而空閑模式時(shí)，只有基準(zhǔn)與時(shí)鐘分配電路上電，所有其它功能電路均被關(guān)斷，輸出被強(qiáng)制為高阻態(tài)。而在待機(jī)狀態(tài)下，只有基準(zhǔn)上電，器件的其它功能電路均關(guān)斷，流水線亦被關(guān)斷，為高阻態(tài).第二章： 的典型應(yīng)用能以或模式工作在各種不同的應(yīng)用： 如在 與技術(shù)的應(yīng)用中工作于模式，或在、及 等應(yīng)用中在與模式間切換等。在模式下，和可同時(shí)工作，且當(dāng) 為 時(shí)，消耗的功率為。實(shí)際上，總線與總線是分開的，并與數(shù)字基帶處理器通過(guò)位（位與位）并行總線

7、進(jìn)行連接。而在模式下，與交替工作，與總線共享，它們一起構(gòu)成位并行總線連到數(shù)字基帶處理器，并可通過(guò)線串行接口選擇模式以啟用或選擇模式啟用。由于在模式下，內(nèi)核被禁用而不能發(fā)送；而模式下，總線為高阻態(tài)，從而消除了雜散輻射，同時(shí)也避免總線沖突。在模式下，當(dāng)為時(shí)，模式下的功耗為，模式下的功耗為。 所示是工作在模式的應(yīng)用電路，該方案提供了完整的射頻前端解決方案。由于的采用共模電壓為的全差分模擬輸出，而具有較寬的輸入共模范圍，可以直接與收發(fā)器接口，因此可省去電平轉(zhuǎn)換電路所需要的分立元件和放大器。同時(shí)，由于內(nèi)部產(chǎn)生共模電壓免除了編碼發(fā)生器的電平偏移或由電阻電平偏移引起的衰減，保持了全動(dòng)態(tài)范圍。的具有滿量程范圍

8、，可接受 的輸入共模電平。由于可以省去分立的增益放大器與電平轉(zhuǎn)換元件，因此簡(jiǎn)化了正交解調(diào)器與之間的模擬接口。第三章設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘輸入() 芯片的與共享同一輸入，該輸入接受由設(shè)定的兼容信號(hào)電平，范圍為至。由于器件的級(jí)間轉(zhuǎn)換取決于外部時(shí)鐘上升沿和下降沿的重復(fù)性，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用具有低抖動(dòng)、快速上升和下降（）的時(shí)鐘。特別是在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿進(jìn)行采樣時(shí)，其上升沿的抖動(dòng)更應(yīng)盡可能地低。任何明顯的時(shí)鐘抖動(dòng)都會(huì)影響片上的性能。 實(shí)際上，欠采樣應(yīng)用對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)的要求更嚴(yán)格，由于此時(shí)有可能將時(shí)鐘輸入作為模擬輸入對(duì)待，因此，布線時(shí)應(yīng)避開任何模擬輸入或其它數(shù)字信號(hào)線。的時(shí)鐘輸入工作在電壓閾值下，能接

9、受的占空比。 3.2 基準(zhǔn)配置內(nèi)部具有精密的內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)可在整個(gè)電源供電范圍與溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。在內(nèi)部基準(zhǔn)模式下，接時(shí)的是由內(nèi)部產(chǎn)生的。、均為低阻輸出，電壓分別為、。分別用電容作為、與引腳的旁路電容，并用電容將旁路到。在外部基準(zhǔn)模式下，在引腳一般應(yīng)施加的電壓。該模式下，、與均為低阻輸出，電壓分別為、?？煞謩e用電容作為、與引腳的旁路電容，并用電容將旁路到。在該模式下，的滿量程輸出電壓和共模電壓均與外部基準(zhǔn)成正比。例如，若增加（最大值），則的滿量程輸出電壓也增加或達(dá)到，同時(shí)共模電壓也將增加。3.3 輸入輸出耦合電路通常，在全差分輸入信號(hào)下可提供比單端信號(hào)更好的與性能，尤其是在高輸入頻率的

10、情況下。在差分模式下，當(dāng)輸入、-、對(duì)稱時(shí)，偶次諧波會(huì)更低，并且每路輸入僅需要單端模式信號(hào)擺幅的一半。而通過(guò)非平衡變壓器可為單端信號(hào)源至全差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換提供出色的解決方案，并可獲得極佳的性能。當(dāng)然，在沒有非平衡變壓器的情況下，也可以使用運(yùn)放來(lái)驅(qū)動(dòng)的，此時(shí)，公司的等運(yùn)放便可提供高速、帶寬、低噪聲與低失真性能，以保持輸入信號(hào)的完整性。 線路板布線需要采用高速電路布線設(shè)計(jì)技術(shù)，電路布局可以參考評(píng)估板數(shù)據(jù)資料。所有旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件安裝，并與器件位于電路板的同側(cè)，同時(shí)應(yīng)該選用表貼器件以減小電感?？捎锰沾呻娙菖c電容并聯(lián)，以將旁路到；也可用陶瓷電容與電容并聯(lián)將旁路到；同時(shí)分別用陶瓷電容將、與旁路到；而

11、用電容將旁路到。結(jié) 論 通過(guò)具有獨(dú)立地平面與電源平面層的多層板可以獲得最佳的信號(hào)完整性。模擬地()與數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)地()應(yīng)采用獨(dú)立的地平面，并分別與器件封裝上的物理位置相匹配，裸露的背面焊盤接到平面，兩個(gè)地平面應(yīng)單點(diǎn)相連，以使噪聲較大的數(shù)字地電流不會(huì)影響模擬地平面。兩個(gè)地平面之間空隙上的一點(diǎn)通常是單點(diǎn)共地的最佳位置，可以用一個(gè)低阻值的表貼電阻(至)、磁珠或直接短路來(lái)完成該連接。如果該地平面與所有噪聲較大的數(shù)字系統(tǒng)地平面如后續(xù)輸出緩沖器或地平面充分隔離，也可以使所有接地引腳共享同一個(gè)地平面。此外，高速數(shù)字信號(hào)布線應(yīng)遠(yuǎn)離敏感的模擬信號(hào)布線，以確保模擬輸入與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器隔離，減小通道間的串?dāng)_。同時(shí)應(yīng)確保所有信號(hào)引線盡可能短，并應(yīng)避免。致 謝在本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多知識(shí),提高了自身能力,讓我受益匪淺。 在此我感謝我們的指導(dǎo)老師，他用業(yè)余時(shí)間指導(dǎo)我們，給我們提出很多寶貴意見和建議，使得此次設(shè)計(jì)得到圓滿的成功，在此，對(duì)他表示衷心的感謝。還要