双路高速ADC模块—DUAL_HD_ADC 资料汇总

本文是双路高速ADC模块—DUAL_HD_ADC 模块的资料汇总帖，包括模块的原理图，数据手册，硬件部分电路介绍，以及相关测试工程等。

模块主图：

一、模块指标：

ADC芯片： 3PA1030
转换速率： 50MSPS
数据位宽： 10位
功能接口： SMA X2
测量范围： -5V 到 +5V (范围误差5V + – 0.2V)

1.本模块根据芯片的特性，特别优化了参数，模块的ADC的测量范围可以从-5V 到 +5V （受到电阻及电子元器件个体误差的影响实际采集电压范围 可能在4.8-5.1之间波动）
2.为了提高测量精度，设计中没有使用AD芯片内部的VREF,而是用了外部的一颗TI芯片来提供1V的参考电压，提高了设计精度.
3.ADC模块采用了4层板的设计。 并且分割了模拟地和数字地，让信号的测量更加干净。

备注： 模块的焊接方向 必须和主板的排针焊接方向相反（比方说主板的排针焊接朝上，则模块的排母焊接方向需要朝下），模块需要接在靠近主板HDMI的一侧排针上。

二、硬件部分

模块原理图如下：

ADC芯片的手册以及运放的手册如下：

原理图部分介绍：

1 VREF部分 ：

模块采用了一颗TI公司的LDO芯片TLV73310PDBVR，来为ADC部分功能提供1.0V VREF参考电压。 磁珠是用来滤除电源中的高频噪声用的。

3PA1030芯片本身自带了VREF参考电压输出的功能，但经过多次打样实测对比发现，3PA1030自带的1.0V 的VREF参考电压精度并不高，并且芯片与芯片间参考电压的一致性差异比较大，对最终采样的结果会产生影响，所以这里摒弃了芯片内部的VREF功能，而采用了外部LDO作参考电压的方案以提高采样的精度。

2 电源部分：

电源部分采用了RICHTEK公司的RT9013-33GB芯片负责将5V转换成3.3V，RT9013-33GB芯片可输出500ma电流，具有Low Dropout （250mV@500ma）， 低噪声的特性，非常适合本设计。

SGM3204芯片负责将+3.3V转换成-3.3V 以供双电源运放供电使用，其中磁珠是用来滤除电源中的高频噪声用的，起到模拟与数字电源隔离的作用。

图上的R17 0欧电阻用于将模拟地与数字地隔离分割用。

3 信号调理电路

信号调理电路分3部分组成：

• 1）第一级电阻分压部分：信号输入先经过两个电阻（9.1K 和 2K）进行分压（Vout=Vin x 2/(2+9.1)）。
• 2）第二级电压跟随电路部分：（电压跟随电路的Vout=Vin）电压跟随电路可以提高信号的带载能力，除了这部分功能外，电压跟随电路也对前后两级不同类型的电路之间创建信号隔离，防止分压电路对后一级的运放电路产生影响（举个例子这里如果不加电压跟随，分压电路中2k接地电阻会和第三部分运放电路中的1K对地电阻行成并联，造成最终结果的变化，当然影响不止这些）。（电压跟随电路对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态）。
• 3) 第三级同相加法电路部分： （Vout=Vin+1V），这部分电路的目的是为了抬高信号，给信号一个1V的补偿，这样模块输入的负电压也能经过补偿而叠加成3PA1030能采集到的正电压范围了。

最终信号调理电路输出的结果是 Vout= Vin x 0.180 +1V ， 如果我们设计的输入电压是（-5V ，0V ，+5V）区间， 则换算出来最终给到3PA1030芯片的结果是 （0.1V, 1V, 1.9V）

本模块所设计的电路 3PA1030是工作在CENTER SPAN 工作模式下，中心电压对应1V， 跨度电压是2X0.9V ，也即工作范围是 （1V-0.9V , 1V, 1+0.9V），而我们的ADC又是10bit的 （0-1023）所以最终的输入和ADC的对应关系是：

• VI=+5V, ADC的值是 1023
• VI= 0V, ADC的值是 512
• VI=-5V, ADC的值是 0
• 即换算关系是 电压 V =(10 x ADC / 1023) – 5

备注，这里的对应关系是理想情况，受到电阻及电子元器件个体差异的影响实际采集电压范围 可能会轻微的偏差（如理论最高采集电压是5V，实际可能是4.9V，或者5.1V）

详细的模块测试工程的创建可以参考下列页面：（含可供测试的工程）

基于Smart ZYNQ（SP&SL 版)的FPGA实验十一 基于双路高速ADC模块的信号采集实验