ADC驅(qū)動器或差分放大器設(shè)計(jì)指南

作為應(yīng)用工程師，我們經(jīng)常遇到各種有關(guān)差分輸入型高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的驅(qū)動問題。事實(shí)上，選擇正確的ADC驅(qū)動器和配置極具挑戰(zhàn)性。為了使魯棒性ADC電路設(shè)計(jì)多少容易些，我們匯編了一套通用“路障”及解決方案。本文假設(shè)實(shí)際驅(qū)動ADC的電路——也被稱為ADC驅(qū)動器或差分放大器——能夠處理高速信號。

引言
大多數(shù)現(xiàn)代高性能ADC使用差分輸入抑制共模噪聲和干擾。由于采用了平衡的信號處理方式，這種方法能將動態(tài)范圍提高2倍，進(jìn)而改善系統(tǒng)總體性能。雖然差分輸入型ADC也能接受單端輸入信號，但只有在輸入差分信號時(shí)才能獲得最佳ADC性能。ADC驅(qū)動器專門設(shè)計(jì)用于提供這種差分信號的電路——可以完成許多重要的功能，包括幅度調(diào)整、單端到差分轉(zhuǎn)換、緩沖、共模偏置調(diào)整和濾波等。自從推出AD8138,1以后，差分ADC驅(qū)動器已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可或缺的信號調(diào)理元件。

圖1：差分放大器。

圖1是一種基本的完全差分電壓反饋型ADC驅(qū)動器。這個(gè)圖與傳統(tǒng)運(yùn)放的反饋電路有兩點(diǎn)區(qū)別：差分ADC驅(qū)動器有一個(gè)額外的輸出端(VON)和一個(gè)額外的輸入端(VOCM)。當(dāng)驅(qū)動器與差分輸入型ADC連接時(shí)，這些輸入輸出端可以提供很大的靈活性。

與單端輸出相反，差分ADC驅(qū)動器產(chǎn)生平衡的差分輸出信號——相對于VOCM——在VOP與VON之間。這里的P指的是正，N指的是負(fù)。VOCM輸入信號控制輸出共模電壓。只要輸入與輸出信號處于規(guī)定范圍內(nèi)，輸出共模電壓必定等于VOCM輸入端的電壓。負(fù)反饋和高開環(huán)增益致使放大器輸入端的電壓VA+和VA-實(shí)質(zhì)上相等。

為了便于后面的討論，需要明確一些定義。如果輸入信號是平衡信號，那么VIP和VIN相對于某個(gè)公共參考電壓的幅度應(yīng)該是相等的，相位則相反。當(dāng)輸入信號是單端信號時(shí)，一個(gè)輸入端是固定電壓，另一個(gè)輸入端的電壓相對這個(gè)輸入端變化。無論是哪種情況，輸入信號都被定義為VIP–VIN。

差模輸入電壓VIN, dm和共模輸入電壓VIN, cm的定義見公式1和公式2。

(1, 2)

雖然這個(gè)共模電壓的定義應(yīng)用于平衡輸入時(shí)很直觀，但對單端輸入同樣有效。輸出也有差模和共模兩種，其定義見公式3和公式4。