高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9779/AD9788的應(yīng)用

衛(wèi)曉娟，李軍紅

(凱邁(洛陽)電子有限公司，河南 洛陽471000)

AD9779是ADI公司的一款產(chǎn)品，是雙通道、寬動(dòng)態(tài)范圍數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，提供 1 GS/s采樣速率，允許高至奈奎斯特頻率的多載波生成[1]。AD9788提供800 MS/s的采樣速率，其性能和應(yīng)用方式與AD9779非常相似[2]。AD9779和AD9788雖然不是一個(gè)系列，但芯片管腳是兼容的，在硬件電路的設(shè)計(jì)上并沒有區(qū)別，兩者均使用標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口來驅(qū)動(dòng)，因此軟件實(shí)現(xiàn)上也可以采用統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)方式。但在寄存器的配置上，兩者存在差異，這在后面會(huì)具體介紹。為了描述方便，如不特殊說明，下文中使用AD97××來統(tǒng)一表示 AD9779和 AD9788。

1 AD97××的 SPI規(guī)范

AD97××采用標(biāo)準(zhǔn)的4線SPI接口進(jìn)行通信，當(dāng)然也可以配置成3線SPI接口。

一個(gè)寄存器的讀寫周期（或叫傳輸周期）包括兩部分：指令部分和數(shù)據(jù)部分。指令部分是一個(gè)8 bit的字節(jié)，對(duì)應(yīng)于8個(gè)時(shí)鐘的上升沿，用來控制讀寫以及隨后需要讀寫的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。D7為讀/寫標(biāo)志位（其中讀為高，寫為低），D6和D5是用來配置指令字節(jié)后面需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，通常配置如表 1所示（N1和N0對(duì)應(yīng)指令字節(jié)中的 D6和 D5），D4～D0是 AD97××寄存器的地址。

需要特別說明的是，對(duì)于AD9788，指令字節(jié)的D6和D5兩個(gè)位被屏蔽了，因此這兩位不需要配置，指令字節(jié)后面需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)是由寄存器本身來決定的。例如對(duì)于一個(gè)32 bit的寄存器，指令字節(jié)后面需要傳輸4 B的數(shù)據(jù)。

表1 指令字節(jié)后面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

2 AD97××的驅(qū)動(dòng)方式

AD97××主要通過SPI驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)寄存器的讀寫和功能的配置。

將AD97××的代碼分為兩部分設(shè)計(jì)，一部分是底層的SPI接口驅(qū)動(dòng)，完成SPI接口的初始化、讀寫以及設(shè)備封裝等功能；另一部分是AD97××本身的驅(qū)動(dòng)，主要通過SPI封裝的讀寫接口實(shí)現(xiàn)對(duì) AD97××芯片的控制。

3 AD97××的配置說明

3.1 寄存器長(zhǎng)度不固定的問題

AD9779的寄存器長(zhǎng)度是固定的8 bit，但AD9788的寄存器長(zhǎng)度是不固定的，有 8 bit、16 bit、32 bit，還 有 24 bit。datasheet中規(guī)定一個(gè)寄存器的讀寫傳輸周期由寄存器本身決定，包括一個(gè)指令字節(jié)和實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，例如，0x00寄存器傳輸周期為 2 B，0x01寄存器傳輸周期為3 B。因此對(duì)于AD9788，不能用統(tǒng)一的讀寫傳輸周期，例如 5 B（8 bit指令+32 bit數(shù)據(jù)），而是需要對(duì)不同長(zhǎng)度的寄存器分開處理，這就意味著需要模擬四種不同的SPI時(shí)序。

3.2 個(gè)別寄存器回讀時(shí)應(yīng)注意

在寫寄存器操作時(shí)，一般需要回讀一下來判斷寫的值是否正確。回讀時(shí)要注意以下兩種情況，否則會(huì)判斷錯(cuò)誤：

(1)有的寄存器個(gè)別位是只讀的，與寫進(jìn)去的值沒有關(guān)系，回讀時(shí)最好屏蔽掉相關(guān)位。例如AD9788的0x04寄存器的高三位（23 bit～21 bit）為只讀；AD9779也有類似的寄存器，例如 0x00寄存器低三位（2 bit～0 bit）也是只讀；

(2)寄存器在配置完后就發(fā)生了變化，這種寄存器一般是指示寄存器，例如AD9788的0x09寄存器，有一個(gè)鎖定指示位，配置完后，若PLL鎖定，這一位會(huì)改變，讀出的值和寫的值就會(huì)不一樣。

3.3 AD97×× PLL的配置

PLL的配置是 AD97××配置中的一個(gè)重點(diǎn)，AD9779與AD9788的PLL結(jié)構(gòu)是相同的，不同的是AD9788比AD9779多了一個(gè)NCO，用于頻點(diǎn)搬移。本節(jié)以AD9788為例講述PLL相關(guān)寄存器的配置。

在AD9788的數(shù)據(jù)手冊(cè)中，共有15個(gè)配置寄存器，其中與PLL相關(guān)的寄存器主要有 0x01、0x04兩個(gè)寄存器。不過由于要進(jìn)行頻點(diǎn)搬移，所以還要對(duì)0x0a寄存器按照系統(tǒng)需要進(jìn)行配置。這樣一來，只需關(guān)注0x01、0x04和0x0a這三個(gè)配置寄存器就可以了。

3.3.1 DCTL寄存器

DCTL寄存器(DIGITAL CONTROL REGISTER)參數(shù)為 ： 地 址 ：0x01h；寬 度 ：2 B；默 認(rèn) 值 ：0x3100；定 義 值 ：0x31c0。在此寄存器中，主要關(guān)注bit[7:6]的設(shè)置，如果系統(tǒng)要求DAC實(shí)現(xiàn) 8倍內(nèi)插，就要配置 bit[7:6]=11，其他位按默認(rèn)值即可。

3.3.2 PLLCTL寄存器

PLLCTL寄存器(PLL CONTROL REGISTER)參數(shù)為：地 址 ：0x04h； 寬 度 ：3 B； 默 認(rèn) 值 ：0x3837cf； 定 義 值 ：0x2fb387。

在對(duì)PLL的CTL寄存器進(jìn)行設(shè)置時(shí)，主要關(guān)心bit[15：11]和 bit[7：2]值的設(shè)置，bit[15]默認(rèn)是 PLL 無效，所以要配置 bit[15]=1；bit[14：13]和 bit[12：11]要根據(jù)具體系統(tǒng)需求配置，本例中配置為 bit[14：13]=01，bit[12：11]=10，bit[7：2]的值通過式(1)計(jì)算并查表 2后決定。

經(jīng)過查表2可知，bit[7:2]可以取100001或者100000，為了使1 474.56 MHz盡量接近于PLL Lock選擇范圍的中間位置，所以選用bit[7:2]=100001。對(duì)于其他位，按器件手冊(cè)上推薦的最佳值選取即可，這里要注意bit[23:21]的只讀屬性。

表2 AD9788 PLL部分基帶選擇表

3.3.3 FTW寄存器

FTW寄存器(FREQUENCY TUNING WORD REGISTER)參數(shù)為：地址：0x0ah；寬度：4 B；默認(rèn)值：0x00000000；定義值：0x3078E38E。

載波信號(hào)的頻率由FTW寄存器（0x0a）來配置，計(jì)算方法如下：

其中，fCENTER為NCO搬移到的中心頻率(例如139.6 MHz)，fDACCLK為DAC的采樣時(shí)鐘，F(xiàn)TW為FTW寄存器的值。fDACCLK的計(jì)算公式如下：

通過以上的原理和公式，就可求出特定中心頻率下的FTW寄存器的值。例如fCENTER=139.6 MHz，fREFCLK=92.16 MHz，N1=2，N2=8 時(shí) ， 則 fDACCLK=92.16 MHz×8=737.28 MHz。

由式(5)即可求出FTW寄存器的值，如下：

驅(qū)動(dòng)工作完成以后，可以通過一些簡(jiǎn)單的測(cè)試方法來驗(yàn)證AD97××芯片是否正常工作。 當(dāng)確認(rèn)芯片和驅(qū)動(dòng)程序能夠正常工作后，驅(qū)動(dòng)程序就可以投入使用了。

[1]Analog Devices Inc.AD9776/AD9778/AD9779 datasheet[S].2007.

[2]Analog Devices Inc.AD9785/AD9787/AD9788 datasheet[S].2007.