MAX19713：適用于全雙工寬帶通信的低功耗模擬前端

在當(dāng)今的通信領(lǐng)域，對于高性能、低功耗的模擬前端（AFE）需求日益增長。Maxim推出的MAX19713就是這樣一款出色的產(chǎn)品，它專為全雙工（FD）模式下的寬帶通信應(yīng)用而設(shè)計，具備超低功耗和高集成度的特點。

文件下載：MAX19713.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX19713是一款高度集成的混合信號模擬前端，集成了雙10位、45Msps的接收（Rx）ADC、雙10位、45Msps的發(fā)射（Tx）DAC、三個快速穩(wěn)定的12位輔助DAC通道以及一個10位、333ksps的輔助ADC。在45MHz時鐘頻率下，全雙工模式的典型工作功耗僅為91.8mW，展現(xiàn)了其出色的低功耗特性。

1.1 主要參數(shù)

• Rx ADC：在5.5MHz輸入頻率和45MHz時鐘頻率下，具有54dB的SINAD和72.2dBc的SFDR。模擬I/Q輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu)，可接受1.024VP - P的滿量程信號，典型I/Q通道匹配為±0.03°相位和±0.02dB增益。
• Tx DAC：在fOUT = 2.2MHz和fCLK = 45MHz時，具有70.3dBc的SFDR。模擬I/Q滿量程輸出電壓范圍為±400mV差分，輸出直流共模電壓可在0.71V至1.06V之間選擇，I/Q通道偏移可調(diào)，典型I/Q通道匹配為±0.01dB增益和±0.05°相位。

二、功能特性

2.1 雙ADC和DAC

雙10位、45Msps的Rx ADC和Tx DAC提供了高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力，滿足寬帶通信的需求。獨立的10位并行高速數(shù)字總線允許全雙工操作，并且Rx ADC和Tx DAC可獨立禁用，方便進行電源管理。

2.2 超低功耗

MAX19713在不同模式下都展現(xiàn)出了超低功耗的特性。例如，在fCLK = 45MHz的全雙工模式下功耗為91.8mW，慢Rx模式下為79.2mW，慢Tx模式下為49.5mW，還有低電流待機和關(guān)機模式，大大降低了系統(tǒng)的整體功耗。

2.3 可編程特性

Tx DAC的共模直流電平以及I/Q偏移可通過編程進行調(diào)整，有助于優(yōu)化射頻系統(tǒng)的性能。

2.4 出色的動態(tài)性能

Rx ADC在fIN = 5.5MHz時SNR可達54.1dB，Tx DAC在fOUT = 2.2MHz時SFDR可達70.3dBc，保證了信號的高質(zhì)量處理。

2.5 輔助通道

三個12位、1μs的輔助DAC和一個10位、333ksps的輔助ADC，為系統(tǒng)提供了額外的控制和監(jiān)測功能。輔助DAC可用于快速的AGC、VGA和AFC電平設(shè)置，輔助ADC具有數(shù)據(jù)平均功能，可減少處理器的開銷。

2.6 增益/相位匹配

在fIN = 5.5MHz時，Rx ADC的相位匹配為±0.03°，增益匹配為±0.02dB，確保了通道之間的一致性。

2.7 接口與控制

采用3線串行接口進行操作模式和電源管理的控制，兼容SPI和MICROWIRE，方便與其他設(shè)備進行通信。

2.8 封裝

采用56引腳的TQFN封裝（7mm x 7mm x 0.8mm），體積小巧，適合對空間要求較高的應(yīng)用。

三、工作模式

3.1 全雙工（FD）模式

在FD模式下，Rx ADC和Tx DAC及其各自的數(shù)字總線均處于活動狀態(tài)，設(shè)備可同時進行接收和發(fā)送操作。該模式下的功耗為91.8mW，是所有操作模式中功耗最大的，但能實現(xiàn)快速的模式切換。

3.2 關(guān)機模式

關(guān)機模式可實現(xiàn)最大程度的節(jié)能，關(guān)閉所有模擬部分（包括參考電壓）。在該模式下，Rx ADC數(shù)字輸出處于三態(tài)，Tx DAC數(shù)字輸入內(nèi)部上拉至OVDD，Tx DAC輸出為0V。從關(guān)機模式喚醒的時間取決于REFP、REFN和COM處電容器的充電時間，進入Rx模式、Tx模式和FD模式的典型喚醒時間分別為500μs、26.4μs和500μs。

3.3 空閑模式

空閑模式下，參考電壓和時鐘分配電路供電，但其他功能關(guān)閉。Rx ADC輸出AD0 - AD9強制為三態(tài)，Tx DAC輸入DA0 - DA9內(nèi)部上拉至OVDD，Tx DAC輸出為0V。進入Rx模式、Tx模式和FD模式的喚醒時間分別為3.7μs、5.1μs和5.1μs。

3.4 待機模式

待機模式下，參考電壓供電，其他設(shè)備功能關(guān)閉。進入Rx模式、Tx模式和FD模式的喚醒時間分別為3.8μs、24.4μs和24.4μs。

3.5 FAST和SLOW模式

• FAST模式：在FAST Tx模式下，Rx ADC核心供電，但ADC數(shù)字輸出AD0 - AD9為三態(tài)，Tx DAC數(shù)字總線活躍，DAC核心完全工作；在FAST Rx模式下，Tx DAC核心供電，Tx DAC輸出設(shè)置為中間值，Tx DAC輸入總線與DAC核心斷開，DA0 - DA9內(nèi)部上拉至OVDD，Rx ADC數(shù)字總線活躍，ADC核心完全工作。FAST模式下，Tx和Rx之間的切換時間僅為0.1μs，但功耗相對較高。
• SLOW模式：在SLOW Tx模式下，Rx ADC核心斷電，ADC數(shù)字輸出AD0 - AD9為三態(tài)，Tx DAC數(shù)字總線活躍，DAC核心完全工作；在SLOW Rx模式下，Tx DAC核心斷電，Tx DAC輸出設(shè)置為0，Tx DAC輸入總線與DAC核心斷開，DA0 - DA9內(nèi)部上拉至OVDD，Rx ADC數(shù)字總線活躍，ADC核心完全工作。SLOW模式下，Rx到Tx的切換時間為4.9μs，Tx到Rx的切換時間為3.7μs，功耗相對較低。

四、應(yīng)用信息

4.1 耦合方式

• 巴倫變壓器交流耦合：使用RF變壓器將單端信號源轉(zhuǎn)換為全差分信號，可優(yōu)化ADC性能。將變壓器的中心抽頭連接到COM可提供VDD/2的直流電平偏移。一般來說，全差分輸入信號能使MAX19713獲得更好的SFDR和THD，特別是在高輸入頻率時。
• 運算放大器耦合：當(dāng)沒有巴倫變壓器時，可使用運算放大器驅(qū)動MAX19713的Rx ADC。如MAX4454和MAX4354等放大器可提供高速、高帶寬、低噪聲和低失真的性能，以保持輸入信號的完整性。

4.2 FDD應(yīng)用

MAX19713可直接與無線電前端接口，為FDD應(yīng)用（如802.11、802.16、WCDMA和專有無線電系統(tǒng)）提供完整的“RF到比特”解決方案。它為數(shù)字基帶開發(fā)人員帶來了諸多系統(tǒng)優(yōu)勢，如快速上市時間、高性能低功耗模擬功能、低風(fēng)險的成熟模擬前端解決方案等。

4.3 接地、旁路和電路板布局

MAX19713需要高速電路板布局設(shè)計技術(shù)。所有旁路電容器應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置，最好與設(shè)備在電路板的同一側(cè)，使用表面貼裝器件以減小電感。多層電路板采用分離的接地和電源平面可提供最高的信號完整性。應(yīng)使用分割接地平面，將模擬接地（GND）和數(shù)字輸出驅(qū)動器接地（OGND）分開，并在單點連接兩個接地平面，以避免數(shù)字接地電流干擾模擬接地平面。

五、總結(jié)

MAX19713以其超低功耗、高集成度和出色的動態(tài)性能，成為全雙工寬帶通信應(yīng)用的理想選擇。無論是在功耗優(yōu)化、信號處理還是系統(tǒng)集成方面，都展現(xiàn)出了卓越的性能。電子工程師在設(shè)計相關(guān)通信系統(tǒng)時，可以充分利用MAX19713的這些特性，開發(fā)出高性能、低功耗的產(chǎn)品。大家在實際應(yīng)用中是否遇到過類似產(chǎn)品的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。