高速ADC用差分驅(qū)動(dòng)器概述

作者：時(shí)間：2011-12-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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差分驅(qū)動(dòng)器/接收器應(yīng)用

AD813x/ADA493x系列也非常適用于平衡差分線路驅(qū)動(dòng)，如圖4所示，其中AD8132驅(qū)動(dòng)一根100 雙絞線。AD8132配置成一個(gè)增益為2的驅(qū)動(dòng)器，說明來源和負(fù)載端接電纜所引起的2倍損耗。在此配置下，AD8132的帶寬約為160 MHz.

圖4:高速差分線路驅(qū)動(dòng)器、線路接收器應(yīng)用

該線路接收器為一個(gè)AD8130差分接收器，具有一種稱為有源反饋的獨(dú)創(chuàng)架構(gòu)，可在10MHz時(shí)實(shí)現(xiàn)約70 dB的共模抑制。對(duì)于增益1,AD8130的3dB帶寬約為270 MHz.

AD8130利用兩個(gè)相同的跨導(dǎo)(gm)級(jí)，其輸出電流在高阻抗節(jié)點(diǎn)處加總，然后緩沖至輸出端。兩個(gè)gm級(jí)的輸出電流必須相等，符號(hào)相反，因此各自輸入電壓也必須相等，符號(hào)相反。

差分輸入信號(hào)接入其中一級(jí)(GM1)，而負(fù)反饋則如同常規(guī)運(yùn)算放大器接入至另一級(jí)(GM2)。

增益等于1 + R2/R1.GM1級(jí)因此為端接雙絞線提供一個(gè)真正平衡的輸入，以獲得最佳的共模抑制。

一系列三路驅(qū)動(dòng)器用于在5類電纜上驅(qū)動(dòng)RGB,例如AD8133、AD8134、AD8146、AD8147、 AD8148.

也可提供相應(yīng)的三路接收器，包括AD8143和AD8145.AD8123(三路)和AD8128(單路)接收器也包括可調(diào)節(jié)線路均衡。

應(yīng)用示例：ADA4937-1差分放大器驅(qū)動(dòng)AD6645 14位80/105MSPS ADC

AD813x和ADA493x系列差分驅(qū)動(dòng)器適用于直流或交流耦合應(yīng)用，其中電壓增益1至4(0 dB至12 dB)，頻率高達(dá)約100 MHz(取決于該系列的特定成員)。它們特別適合用作低失真直流耦合單端至差分轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動(dòng)差分輸入ADC.VOCM特性可用于電平轉(zhuǎn)換雙極性信號(hào)以匹配ADC的共模輸入電壓。直流驅(qū)動(dòng)器的電路分析細(xì)節(jié)和電阻值挑選在MT-xxx中給出。還提供ADIsimDiAmp設(shè)計(jì)工具以方便這類設(shè)計(jì)。

ADA4937-1是最新系列差分放大器之一，針對(duì)+5 V單電源特殊優(yōu)化。圖5顯示它用作一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動(dòng)AD6645 14位80/105 MSPS ADC.(ADA4939-1是一個(gè)針對(duì)電壓增益 2而優(yōu)化的類似器件)。

圖5:ADA4937-1在+5 V直流耦合應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)AD6645

現(xiàn)在將在信號(hào)擺幅和共模電平方面對(duì)圖5所示電路進(jìn)行細(xì)致分析。為確保所有電壓落入器件規(guī)定的允許范圍內(nèi)，這一步必不可少。

AD6645利用一個(gè)2.2 V p-p差分信號(hào)操作，共模電壓為+2.4 V.這意味著ADA4937的每個(gè)輸出必須在1.85 V和2.95 V之間擺動(dòng)，即在+5 V單電源運(yùn)行的ADA4937-1的輸出驅(qū)動(dòng)能力范圍內(nèi)。

輸入信號(hào)因此必須在1.025 V和1.575 V之間擺動(dòng)，落入在+5 V單電源運(yùn)行的ADA4937-1的允許輸入范圍內(nèi)。

電路輸入由一個(gè)50 來源驅(qū)動(dòng)。在單端配置中自舉式輸入阻抗約為267Ω 。61.5Ω 輸入終端電阻與267Ω增益設(shè)定電阻并聯(lián)使得整體阻抗約為50 Ω。注意，228 Ω電阻是與反相輸入串聯(lián)插入的。這是為了匹配同相輸入的凈阻抗(200 Ω + 61.5 Ω||50 Ω= 200 Ω+ 28 Ω= 228Ω)。

沒有此額外28Ω匹配電阻與最初200Ω增益設(shè)定電阻串聯(lián)，不平衡源阻抗會(huì)導(dǎo)致一個(gè)不必要的差分失調(diào)電壓出現(xiàn)在輸出端上。

底部增益設(shè)定電阻從200Ω增加至228Ω需要反饋電阻增加至207Ω以便保持增益1.實(shí)際上，最近標(biāo)準(zhǔn)1%電阻會(huì)代替計(jì)算值。ADIsimDiAmp設(shè)計(jì)工具用來方便這類設(shè)計(jì)并計(jì)算特定增益和源阻抗的所需電阻值。該工具還檢查是否違反差分放大器的輸入和輸出共模范圍限制。

ADA4937-1的輸出噪聲電壓頻譜密度只有5 nV/√Hz.該值包括反饋和增益電阻的貢獻(xiàn)并適用于G = 1.這在AD6645的輸入帶寬(270 MHz)上積分，產(chǎn)生103 V rms的輸出噪聲。這對(duì)應(yīng)于放大器所引起的77.6 dB SNR.注意，由于沒有任何外部噪聲濾波器，積分必須在ADC的完整輸入帶寬上。

AD6645的SNR為75 dB,對(duì)應(yīng)于138μV rms的輸入噪聲。由于運(yùn)算放大器(103μV)和ADC(138μV)所引起的組合噪聲為172μV,產(chǎn)生73 dB的整體SNR.

如果不需要AD6645的完整帶寬，可通過選擇適當(dāng)?shù)腃值來增加一個(gè)單極降噪濾波器。

適合中頻應(yīng)用的寬帶交流耦合ADC驅(qū)動(dòng)器

在圖6所示的示例中，我們數(shù)字分析了AD9445 14位125MSPS ADC的寬帶信號(hào)，希望盡量保留ADC輸入帶寬。因此沒有任何中間級(jí)噪聲濾波器。

圖6:AD8352 2GHz 差分放大器驅(qū)動(dòng)AD944514位 125MSPS ADC

在100 MHz時(shí)，AD9445輸入帶寬為615 MHz,SFDR為95 dBc.對(duì)于驅(qū)動(dòng)器，我們挑選了AD8352 2 GHz帶寬差分放大器，因?yàn)槠潆娮杩删幊淘鲆娣秶鸀? db至21 dB.該放大器還具有低噪聲(對(duì)于10 dB增益設(shè)置，等效輸入噪聲為2.7 nV/Hz)、低失真(100 MHz時(shí)82 dBc HD3 )。帶寬要求的更低端約為10 MHz.

圖6所示為在寬帶應(yīng)用中利用2 GHz AD8352驅(qū)動(dòng)AD9445的最佳電路配置。巴倫將單端輸入轉(zhuǎn)換為差分以驅(qū)動(dòng)AD8352.盡管可配置AD8352以接受一個(gè)單端輸入(見AD8352數(shù)據(jù)手冊(cè))，但如果按圖所示以差分驅(qū)動(dòng)，則獲得最佳的失真性能。選擇CD/RD網(wǎng)絡(luò)是為了優(yōu)化AD8352的三階交調(diào)性能。這些值是基于所需增益而選擇并在數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出。

該電路對(duì)于105 MSPS采樣的98.9 MHz輸入信號(hào)產(chǎn)生83 dBc的SFDR.

G = 10時(shí)AD8352的輸出噪聲頻譜密度為8.5 nV/Hz.由于沒有任何輸入濾波器，這必須在AD9445的整個(gè)615 MHz輸入帶寬上積分。組合放大器和ADC的SNR為67 dB.