高速數模轉換器AD9779/AD9788的應用

衛曉娟，李軍紅

(凱邁(洛陽)電子有限公司，河南 洛陽471000)

AD9779是ADI公司的一款產品，是雙通道、寬動態范圍數模轉換器(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，其性能和應用方式與AD9779非常相似[2]。AD9779和AD9788雖然不是一個系列，但芯片管腳是兼容的，在硬件電路的設計上并沒有區別，兩者均使用標準的SPI接口來驅動，因此軟件實現上也可以采用統一的驅動方式。但在寄存器的配置上，兩者存在差異，這在后面會具體介紹。為了描述方便，如不特殊說明，下文中使用AD97××來統一表示 AD9779和 AD9788。

1 AD97××的 SPI規范

AD97××采用標準的4線SPI接口進行通信，當然也可以配置成3線SPI接口。

一個寄存器的讀寫周期（或叫傳輸周期）包括兩部分：指令部分和數據部分。指令部分是一個8 bit的字節，對應于8個時鐘的上升沿，用來控制讀寫以及隨后需要讀寫的數據字節數。D7為讀/寫標志位（其中讀為高，寫為低），D6和D5是用來配置指令字節后面需要傳輸的數據的字節數，通常配置如表 1所示（N1和N0對應指令字節中的 D6和 D5），D4～D0是 AD97××寄存器的地址。

需要特別說明的是，對于AD9788，指令字節的D6和D5兩個位被屏蔽了，因此這兩位不需要配置，指令字節后面需要傳輸的數據的字節數是由寄存器本身來決定的。例如對于一個32 bit的寄存器，指令字節后面需要傳輸4 B的數據。

表1 指令字節后面傳輸的數據的字節數

2 AD97××的驅動方式

AD97××主要通過SPI驅動，實現寄存器的讀寫和功能的配置。

將AD97××的代碼分為兩部分設計，一部分是底層的SPI接口驅動，完成SPI接口的初始化、讀寫以及設備封裝等功能；另一部分是AD97××本身的驅動，主要通過SPI封裝的讀寫接口實現對 AD97××芯片的控制。

3 AD97××的配置說明

3.1 寄存器長度不固定的問題

AD9779的寄存器長度是固定的8 bit，但AD9788的寄存器長度是不固定的，有 8 bit、16 bit、32 bit，還 有 24 bit。datasheet中規定一個寄存器的讀寫傳輸周期由寄存器本身決定，包括一個指令字節和實際傳輸的數據字節數，例如，0x00寄存器傳輸周期為 2 B，0x01寄存器傳輸周期為3 B。因此對于AD9788，不能用統一的讀寫傳輸周期，例如 5 B（8 bit指令+32 bit數據），而是需要對不同長度的寄存器分開處理，這就意味著需要模擬四種不同的SPI時序。

3.2 個別寄存器回讀時應注意

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

(1)有的寄存器個別位是只讀的，與寫進去的值沒有關系，回讀時最好屏蔽掉相關位。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，有一個鎖定指示位，配置完后，若PLL鎖定，這一位會改變，讀出的值和寫的值就會不一樣。

3.3 AD97×× PLL的配置

PLL的配置是 AD97××配置中的一個重點，AD9779與AD9788的PLL結構是相同的，不同的是AD9788比AD9779多了一個NCO，用于頻點搬移。本節以AD9788為例講述PLL相關寄存器的配置。

在AD9788的數據手冊中，共有15個配置寄存器，其中與PLL相關的寄存器主要有 0x01、0x04兩個寄存器。不過由于要進行頻點搬移，所以還要對0x0a寄存器按照系統需要進行配置。這樣一來，只需關注0x01、0x04和0x0a這三個配置寄存器就可以了。

3.3.1 DCTL寄存器

DCTL寄存器(DIGITAL CONTROL REGISTER)參數為 ： 地 址 ：0x01h；寬 度 ：2 B；默 認 值 ：0x3100；定 義 值 ：0x31c0。在此寄存器中，主要關注bit[7:6]的設置，如果系統要求DAC實現 8倍內插，就要配置 bit[7:6]=11，其他位按默認值即可。

3.3.2 PLLCTL寄存器

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

在對PLL的CTL寄存器進行設置時，主要關心bit[15：11]和 bit[7：2]值的設置，bit[15]默認是 PLL 無效，所以要配置 bit[15]=1；bit[14：13]和 bit[12：11]要根據具體系統需求配置，本例中配置為 bit[14：13]=01，bit[12：11]=10，bit[7：2]的值通過式(1)計算并查表 2后決定。

經過查表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。對于其他位，按器件手冊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)參數為：地址：0x0ah；寬度：4 B；默認值：0x00000000；定義值：0x3078E38E。

載波信號的頻率由FTW寄存器（0x0a）來配置，計算方法如下：

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

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 ， 則 fDACCLK=92.16 MHz×8=737.28 MHz。

由式(5)即可求出FTW寄存器的值，如下：

驅動工作完成以后，可以通過一些簡單的測試方法來驗證AD97××芯片是否正常工作。 當確認芯片和驅動程序能夠正常工作后，驅動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.