一種差分直流耦合ADC輸入電路設(shè)計(jì)

隨著ADC的供電電壓不斷降低，且輸入信號(hào)擺幅不斷降低，對(duì)輸入信號(hào)共模電壓的精確控制顯得越來(lái)越重要。交流耦合輸入相對(duì)比較簡(jiǎn)單，而直流耦合輸入就比較復(fù)雜。典型的例子是正交下變頻(混頻器)輸出到ADC輸入的電路設(shè)計(jì)。混頻器輸出的是差分信號(hào)，其共模電壓誤差往往比較大，在送到ADC輸入端之前需要進(jìn)行濾波并且要把直流電平轉(zhuǎn)換到ADC輸入所需的電平上。這樣的設(shè)計(jì)就比較有挑戰(zhàn)性。

　　在放大器輸出端和ADC輸入端之間，往往需要二階濾波電路。一方面，需要在ADC輸入管腳前面放置電容來(lái)吸收ADC內(nèi)采樣保持電路的開(kāi)關(guān)干擾。另一方面，需要在放大器輸出端放置電阻或電感來(lái)隔離這個(gè)容性負(fù)載，從而確保放大器的輸出穩(wěn)定。設(shè)計(jì)二階濾波的目的是獲得更好的濾波特性和截止頻率。如果ADC內(nèi)部輸入端沒(méi)有buffer，例如Intersil的FemtoCharge系列ADC，ADC輸入端會(huì)有明顯的周期性(與采樣頻率一致)吸收電流。這樣，確保輸入信號(hào)直流電平控制在ADC所需的電平范圍內(nèi)就顯的非常重要。

　　新型的全差分放大器(FDA)可以控制輸出差分信號(hào)的共模電壓，而這個(gè)輸出共模電壓完全與輸入電壓無(wú)關(guān)。請(qǐng)記住，這是通過(guò)在ADC Vcm管腳上輸出特定電壓實(shí)現(xiàn)的，與輸入端信號(hào)鏈上的共模電壓完全無(wú)關(guān)。而從FDA輸出到ADC輸入端之間不可避免會(huì)有電壓降，這是由于線路上的等效阻抗造成的。這樣，實(shí)際到達(dá)ADC輸入端的共模電壓不可避免會(huì)有一定誤差，誤差大小與ADC輸入電流以及不同器件要求的不同共模電壓相關(guān)，存在一定的不確定性。目前大部分的高速ADC都是1.8V供電，所需輸入共模電壓大多在0.4-0.8V之間，而且可以接受的誤差范圍都較小。大多數(shù)新推出的ADC都會(huì)列出SFDR vs Vcm的曲線，Vcm與Vcm典型值之間不超過(guò)+/-200mV。

　　另外一個(gè)問(wèn)題是：在FDA的直流耦合差分輸出應(yīng)用中，必然會(huì)有共模電流流過(guò)放大器反饋電路，在某些FDA型號(hào)或者應(yīng)用中，這個(gè)電流會(huì)較大，甚至超過(guò)混頻器的額定電流，并且/或者反過(guò)來(lái)對(duì)FDA前面的輸入電流的共模電壓產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致信號(hào)飽和。這些問(wèn)題必須在設(shè)計(jì)直流耦合ADC輸入電路的時(shí)候加以充分考慮。

　　下圖的設(shè)計(jì)是一個(gè)不錯(cuò)的替代方案。用兩個(gè)電流反饋放大器(CFA)作為信號(hào)通路上的放大器，用一個(gè)低成本的電壓反饋放大器形成一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制信號(hào)通路的共模電壓。