15年后的又一力作：解读凌力尔特16位、2.5Gsps DAC LTC2000
2014年09月17日 15:33 发布者：老郭
近日，凌力尔特公司（Linear Technology）高调推出了新款高速DAC LTC2000。这是在上一款高速DAC LTC166x系列发布15年后凌力尔特的又一力作。凌力尔特应用技术工程经理卢志豪（Terry Lo）先生为我们讲解了这款DAC的突出特性。我们先来回顾一下凌力尔特上一代高速DAC的代表LTC1668的一些情况。LTC1668是一款16位、50Msps差分电流输入DAC，采用内含激光切削薄膜电阻的高性能BiCMOS工艺。它曾是市场上首例能为1MHz输出信号频率表现出87dB SFDR的16位DAC。LTC1668工作于±5V电源，经设置后可提供10mA的全量程输出电流。要查阅LTC1668的数据表，请点击本文下面的附件。
我们知道，凌力尔特是生产高端模拟与混合信号芯片的厂商，其产品往往具有市场可得器件的最佳性能，满足业界对器件的最高性能要求。与数字技术相比，模拟技术的发展相对缓慢。在某些领域，DAC性能已经成为行业发展的瓶颈，比如通信、仪表、雷达和自动测试设备制造领域。
在有线和无线通信领域，由于有限的可用带宽，DAC的非理想特性限制了通信设备的性能。通信厂商希望DAC能具备更好的杂散性能、更高的线性度和更大的带宽。而对于仪表、雷达和自动测试设备 (ATE)，设备性能必需优于被测器件（DUT），而DAC的规格指标往往决定了系统性能，所以厂商希望DAC具备更高的频谱纯度、更高的精度和准确度。新器件LTC2000在这些指标方面皆有突破。
图1：16 位2.5Gsps DAC LTC2000具有40mA的带载能力
下面我们看一下LTC2000的各项关键指标。
杂散性能
所谓杂散就是不想要的信号。器件的杂散性能通过无杂散动态范围（SFDR）来评估，如图2所示。LTC2000 拥有业界最高的 SFDR 性能。与其他的 DAC 不同，LTC2000 卓越的 SFDR 指标可在高达 1GHz 频率条件下得以保持，如图3所示。
图2：无杂散动态范围（SFDR）是评估杂散性能的指标
图3：LTC2000 在1GHz下表现出卓越的 SFDR性能
线性度
DAC 线性度可利用双音互调失真（IMD）来量化。DAC需要产生两个音调，但由于DAC的非线性或失真，它会出现了更多的音调，如图4所示。DAC的非线性会导致通道间的干扰，而高IMD可降低这种干扰，可最大限度地缩小通道间的距离，从而高效地利用可用带宽，如图5所示。LTC2000在1GHz以内具有卓越的线性度，如图6所示。
图4：DAC 线性度可利用双音互调失真（IMD）来量化
图5：高IMD可降低通道之间的干扰
图6：LTC2000在1GHz以内具有卓越的线性度
频谱纯度
高频谱纯度依赖于高SFDR、高线性度和优良的相位噪声。相位噪声会损害 DAC 输出，引起通道干扰，限制系统的效率。理想的DAC应该输出频率单一的音调，但附加相位噪声会导致音调加宽，如图7所示。在在雷达和ATE应用中相位噪声会干扰关键的近载波信号。多普勒雷达依赖于分辨近载波信息。入射的音调会被大幅衰减并以一个小的频移反射，这就是所谓的多普勒频移。良好的相位噪声有助保存反射音调中的关键信息。如果相位噪声过大，那么入射音调就会与反射音调重合，使雷达无法感测被测物体（图8）。LTC2000 是一款独特的 DAC，它具有罕见的低附加相位噪声（图9），其数据表明确地示出了该参数，而大多数同类竞争器件隐瞒该参数。
图7：附加相位噪声会导致音调加宽
图8：相位噪声是影响多普勒雷达性能的关键因素
图9：LTC2000具有罕见的低附加相位噪声
带宽
LTC2000 能够以每秒25亿个字的速率接受数据，实现了超过1GHz的瞬时带宽（图10），非常适合于直接RF合成。
图10：LTC2000 的带宽超过1GHz
精度
LTC2000可接受16位宽的数据（在2.5Gsps采样率下）。16位分辨率可提供出色的精度。如果以较慢的速度运行，则LTC2000-16可抑制量化噪声以保持高精度。
图11：LTC2000的输出热噪声
准确度
LTC2000具有极佳的高频性能和出色的低频参数，即使在苛刻的16位分辨率水平下其积分非线性误差（INL）指标也是世界级的，超过了那些速度慢得多的DAC，所有这些使得LTC2000 成为市场上最准确的高速DAC。
图12：LTC2000的积分非线性误差（INL）
凌力尔特公司为这个性能优异的DAC准备了一个演示评估系统。该系统可通过USB连接至 PC，采用由Altera公司提供的Stratix IV FPGA芯片，并带有免费的图形用户界面（GUI）LTDACGen。
图13：LTC2000演示系统
附件：上一代高速DAC LTC1668数据表
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