基于ADS5517的无线数据采集模块设计

1 ADS5517芯片简介
    ADS5517是TI公司新近推出的一款高采样率、高性能的模／数转换器。它拥有小封装体积和高模拟带宽，并且在高频模拟信号输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，无杂散动态范围)。ADS5517具有可编程增益功能，使其可以在很低的满量程模拟信号输入范围内获得很高的SFDR。其主要特点如下：
    ◆最高采样率为200 Msps；
    ◆支持11位采样分辨率；
    ◆支持内部采样和保持；
    ◆支持高达800 MHz的模拟信号输入带宽；
    ◆支持双数据率LVDS和并行CMOS两种输出模式；
    ◆支持振幅峰一峰值低至400 mV的双极性时钟输入信号。
    基于以上特点，ADS5517可以应用于无线通信设备、测试与测量仪器、高性能视频设备、雷达系统等仪器的设计制造。

2 模块系统的硬件设计
    模块系统主要有3部分组成：模拟信号采集模块、采集数据处理模块和处理数据存储模块。这三部分以采集数据处理模块为主，此模块的核心芯片是TI公司新推出的高性能、低功耗定点数字信号处理器TMS320VC5509a。它控制着整个模块系统的其他芯片，即ADS5517和FRAM存储器FM22L16。整个系统的工作原理是：ADS5517在TMS320VC5509a的控制下实现模拟信号的采集，并送到TMS320VC5509a进行相应的处理计算，最终将处理好的结果暂时存放到FM22L16中。其具体的系统框图如图1所示。

2．1 前置放大电路与ADS5517的连接
    前置放大电路是利用差分放大器THS4509把单极性输入信号转变为差分式输出信号，以满足ADS5517模拟信号差分输入的形式。电路中利用电阻RFIL隔离放大器的输出和ADS5517的输入，而电阻RFIL和CFIL组成的低通滤波器可以抑制信号和电路中引进的噪声。电路中利用ADS5517的VCM引脚输出的共模电压来控制放大器THS4509，以实现更优越的性能。具体的连接电路如图2所示。

2．2 ADS5517与TMS320VC5509a的连接电路
    ADS5517在TMS320VC5509a的控制下实现对模拟信号的采样，为了充分利用ADS5517的优越性能，需要尽量降低系统的功耗，模块系统采用了串行接口和并行接口两种通信模式，从而可以灵活地控制ADS5517实现模拟信号采样。在这种连接方式下，可以使ADS5517工作在低采样率模式下，并且能使ADS5517进入休眠状态。具体的连接如图3所示。

2．3 TMS320VC5509a与FM22L16的连接电路
    TMS320VC5509a芯片拥有专门的外部存储器接口，很容易实现与同步、异步外部存储器无缝连接，从而达到很高的性能。FM22L16是一款异步外部存储器，存储和读取速度很快。它拥有低电源电压写入保护，以阻止非法写入；拥有软件可编程块写入保护。与带有内部封装电池的SRAM相比，它有无内部封装电池、单片集成电路可靠、真正表面封装处理等特点。模块利用FM22L16作为数据的存储器，可以实现快速的数据存取操作，并能在复杂的环境中保持数据的稳定性。具体的连接电路如图4所示。

2．4 模块电源电路
    电源电路主要是给上面应用的集成芯片供电，由于所用芯片的供电电压都为3．3 V，因此选用TI公司的REG101NA一3．3为THS4509及ADS5517的AVDD供电；而TMS320VC5509a有两种电源电压，即核心电压为1．6 V(CPU工作频率为200 MHz)，I／0口电压为3．3 V，因此需要使用专用电源供电。这里选用双输出低漏电压调整器TPS767D301产生3．3 V和1．6 V两种电压来满足使用要求，并且TPS767D301产生的3．3 V还可以为FM22L16及ADS5517的DRVDD供电。这样设计就可以使ADS5517的AVDD和DRVDD的供电电源分离开，从而隔离数字开关噪声和敏感模拟电路，减少二者之间的影响。

3 模块系统软件设计
    系统软件设计主要是指TMS320VC5509a内部初始化及其对其他芯片的控制、数据处理、存储程序等，以实现整个模块的功能。TMS320VC5509a内部初始化主要是内部寄存器的配置、中断向量的设置、外部控制引脚的配置等，而对其他芯片的控制主要是对ADS5517和FM22L16的控制，进而实现数据采样和数据的存取等功能。软件设计流程如图5所示。

    图中，OVR是指ADS5517模拟量输入超出芯片量程。由图5可知，系统软件在采样模拟信号没有超出芯片量程的情况下，软件程序是顺序循环执行，即读取数据、处理数据、存取数据；而当输入的模拟信号超出ADS5517的输入量程时，程序将停止ADS5517，以保护其不被损坏。这里仅给出部分程序：

结 语
    该模块系统是在尽量降低系统功耗的前提下设计的。系统所用芯片的工作电压基本都是3．3 V，可以说电压很低，而且主要芯片都有静态省电模式，这就为此模块系统应用到便携式仪器上提供了前提和条件。它不但可以充分利用电源电量，而且可以延长便携式仪器上电池的工作时间。