摘要：AD9057是美國ADI公司生產的高速模數轉換器。它速度高，功耗低，尺寸小，價格低廉，使用方便。文中介紹了它的工作原理、使用方法和在醫學影象儀器中典型應用，并結合實際應用給出了設計要點及注意事項面，最后討論了高速模數轉換器在設計過程中應遵循的一般原則。

關鍵詞：高速模數轉換器 醫用設備 數據采集 AD9057

模數轉換器是現代數字化儀器儀表中的核心器件。在種類繁多的模數轉換器中，美國ADI（Analog Device International）公司設計生產的模數轉換器一直備受推崇，而AD9057更是其的佼佼者。它以高速度、低功耗、小尺寸、價廉易用等諸多優點在醫學影象設備、醫學信息設備中得到廣泛的應用。

1 概述

1.1 AD9057的性能特點

AD9057的主要特點如下：

●內含8位低功耗模數轉換器；

●具有120MHz模擬信號帶寬；

●片內帶有2.5V基準電壓源和跟蹤/保持電路；

●1V峰-峰值（Vp-p）模擬電壓輸入；

●采用單一+5V電源供電；

●適用+5V或+3V供電的數字邏輯系統；

●具有休眠模式，在休眠模式時的低耗低于10mW；

●具有40MHz、60MHz、80MHz三個采樣速率等級可選；

●采用20腳貼片式塑料封裝（20-SSOP）形式，工作溫度范圍為-40～+85℃。

1.2 引腳配置與引腳功能簡介

AD9057的引腳配置如圖1所示，表1所列為其各引腳功能說明。

表1 AD9057的引腳功能

2 AD9057的使用

2.1 模擬信號的輸入

AD9057的模擬信號輸入為單極輸入，輸入端內阻約150kΩ。模擬信號是首先在輸入端緩沖，然后提供給跟蹤/保持電路（Trace/Hold circuit），該電路能夠在整個數據轉換期間保持輸入信號的穩定。在AD9057的輸入端必須提供一個約+2.5V（±10%誤差、6μA負載能力）在直流偏置電壓，這個電壓可以由其它電路提供，也可以直接由AD9057的BIASOUT腳提供。AD9057的模擬信號輸入耦合方式通常有交流耦合和直流耦合兩種形式，圖2所示為其兩種形式的耦合電路。

2.2 參考電壓

AD9057具有一個穩定的高精度的內建+2.5V基準電壓，具有300μA的負載能力，由VREFOUT腳輸出，可直接輸入到VREFIN。必須注意，參考電壓的輸出端需要一個0.1μF的瓷片電容去耦。使用內建基準電壓時，模擬信號的峰-峰值、中心值以及電壓范圍等參數如下：

峰-峰值：VRANGE（p-p）=1V；

中心值：VMIDSCALE=2.5V；

電壓上限：VTOP=3.0V；

電壓下限：Vbottom=2.0V。

在一些基準電壓要求較高的應用中，可以在VREFIN腳輸入一外接基準電壓，而VREFOUT腳懸空。使用外接基準電壓時，模擬信號的峰-峰值、中心值、電壓范圍如下：

峰-峰值：VRANGE（p-p）=VREFIN/2.5;

中心值：VMIDSCALE=VREFIN；

電壓上限：VTOP=VREFIN+VRANGE/2；

電壓下限：Vbottom=VREFIN-VRANGE/2。

2.3 數字邏輯接口

AD9057的數字邏輯接口的通用性使之可以很方便地用于由+5V或+3V供電的數字系統。對于輸入信號（主要是采用時鐘ENCODE和掉電控制PWRDN），邏輯“1”的電平只需大于+2V，邏輯“0”的電平只需小+0.8V即可；對于輸出信號，當數字電源VD為+5V時，輸出邏輯“1”的電平將大于+4.95V；當數字電源VD電壓為+3V，輸出邏輯“1”的電平將大于+2.95，而兩種情況下的邏輯“0”的電平均小于+0.05V。

2.4 時序和功耗

AD9057的采樣頻率依據芯片的采樣速率等級可為5～80MSPS，采樣時鐘的占空比一般為50%，占空比的變化將影響AD9057的工作性能；AD9057的全速工作時的功耗約190～280mW，在休眠模式時的功耗約6～10mW。

3 在醫學影色設備中的應用

AD9057模數轉換器以其速度高、功耗低、尺寸小、價格低廉、使用方便等優點以及卓越的高速采樣和寬帶模擬信號輸入性能使得它可成為醫學影色設備系統中視頻信號模數轉換的理想選擇器件。圖3是應用AD9057高速數轉換器在醫學影象設備系統中來完成視頻RGB信號數字化的原理框圖，圖4為其實際電路原理圖。

4 應用說明

雖然AD9057在使用上非常簡單，對外部條件的要求并不苛刻，調試起來也不復雜。但是，在具體設計應用線路時，尤其是印刷線路板的布局布線上，它也同其它高速模數轉換器一樣，要注意遵循一定的規則，如果違背這些原則，則可能造成信號噪聲增大甚至根本沒有數字數據輸出。根據高速數轉換器的應用經驗，使用時應注意以下幾點：

（1）電源的選擇：最好使用低噪聲的線性電源，如三端穩壓器78L12、78L05等線，線性電源應盡可能地靠近高速模數轉換器，一般不要用開關電源作為高速模數轉換器的電源；

（2）電源的去耦：模擬電源、數字電源、基準電源和輸入公共端等應采用0.1μF的電容和2.2μF的雙極性電容并聯來對各自的地進行旁路去耦。去耦電容應盡量靠近高速模數轉換器，最好采用表面貼裝元件以使引線最短，在布局上應和高速模數轉換器在同一層面，以減少寄存器的電感和電容。所選擇的電容應當具有良好的高頻去耦牧 場生 ，通常最好選用瓷片電容；

（3）地的處理：模擬地和數字地實際上分隔開將有助于消除電容性耦合和干擾，應當使用具有完整而獨立的地平面和電源平面的多層電路板，以保證信號的完整性。如果模擬地與數字地已充分隔離，那么可將所有的接地引腳置于同一平面。采用獨立的接地平面時，應考慮高速模數轉換器模擬地和數字地的物理位置。兩個地平面之間的阻抗應盡可能的小，兩者之間的交流和直流電壓差應低于0.3V，以避免器件的損壞和死鎖。模擬地和數字地應單點連結，可以用低阻值表貼電阻（1～5Ω、鐵氧體磁珠連結或直接短路，避免充滿噪聲的數據地電流對模擬地的干擾；

（4）采樣時鐘的處理：采樣時鐘輸入應作為模擬輸入信號來處理，并遠離任何模擬輸入和數字信號，在時鐘末端靠近高速模數轉換器的地方應使用高速CMOS緩沖器（如74AHCT04）來改進時鐘的性能，從而減少過沖和振鈴，時鐘的不穩定將不可降低高速模數轉換的性能；

（5）數字接口的處理：數字接口電路應使用數字輸出數據鎖存器（如74HCT574）等并使之盡量靠近高速模數轉換器，以減少高速模數轉換器的電容性負載，過大的電容性負載可能會增加高速模數轉換器內部噪聲；

（6）高速數字信號線應盡量遠離模擬信號線；

（7）模擬信號輸入腳兩邊應布模擬地線，以使之與數字信號和時鐘隔離開來；

（8）所有信號線應盡可能短，且應避免90°拐角。