ADI:16位10 MSPS ADC AD7626的單端轉(zhuǎn)差分高速驅(qū)動(dòng)
電路特點(diǎn)
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201609/303663.htm16位10MSPS PulSAR ADC
經(jīng)過優(yōu)化的單端至差分驅(qū)動(dòng)器
輸入為2.4MHz時(shí),SNR為88dB
電路功能
圖1所示電路可將高頻單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡差分信號(hào),用于驅(qū)動(dòng)16位10 MSPS PulSAR® ADC AD7626。該電路采用低功耗差分放大器ADA4932-1 來驅(qū)動(dòng)ADC,最大限度提升AD7626的高頻輸入信號(hào)音性能。此器件組合的真正優(yōu)勢(shì)在于低功耗、高性能。
AD7626具有突破業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)性能,在10 MSPS下信噪比為91.5 dB,實(shí)現(xiàn)16位INL性能,無延遲,LVDS接口,功耗僅有136 mW。AD7626使用SAR架構(gòu),主要特性是能夠以10 MSPS無延遲采樣,不會(huì)發(fā)生流水線式ADC常有的“流水線延遲”,同時(shí)具備出色的線性度。
ADA4932-1具有低失真(10 MHz時(shí)100 dB SFDR)、快速建立時(shí)間(9 ns達(dá)到0.1%)、高帶寬(560 MHz,-3 dB,G = 1)和低電流(9.6 mA)等特性,是驅(qū)動(dòng)AD7626的理想選擇。它還能輕松設(shè)定所需的輸出共模電壓。
該組合提供了業(yè)界領(lǐng)先的動(dòng)態(tài)性能并減小了電路板面積:AD7626采用5 mm × 5mm、32引腳LFCSP封裝,ADA4932 -1采用3mm× 3mm、16引腳LFCSP封裝),AD8031 采用5引腳SOT23封裝。
電路描述
采用差分放大器成功驅(qū)動(dòng)ADC需要正確平衡差分放大器的各端。
圖1顯示了ADA4932-1、AD7626和相關(guān)電路的原理圖。在使用的測(cè)試電路中,信號(hào)源之后配置有2.4 MHz帶通濾波器。該帶通濾波器能抑制2.4 MHz信號(hào)的諧波,并確保只有目標(biāo)頻率的信號(hào)能夠通過并由ADA4932-1和AD7626進(jìn)行處理。
本例中信號(hào)源的特性阻抗為50 Ω,通過帶通濾波器交流耦合到ADA4932-1。將信號(hào)源施加于ADA4932-1的正輸入時(shí),要求信號(hào)源也以50 Ω正確端接(通常情況下任何源阻抗均可)。選中端接電阻R2,以使R2與ADA4932-1輸入阻抗的并聯(lián)組合等于50 Ω。
為使ADA4932-1的兩個(gè)輸入端保持適當(dāng)平衡和對(duì)稱,與輸入源阻抗等效的戴維南阻抗和端阻抗必須添加到反相輸入端。在這種情況下,就涉及到濾波器的交流特性。
如圖1所示,戴維南等效網(wǎng)絡(luò)顯示在ADA4932-1的反相輸入端。頻率為2.4 MHz時(shí),此電路性能得到優(yōu)化。C1和R4串聯(lián)組合后,與電阻R1并聯(lián)。頻率為2.4 MHz時(shí),C1和R4的復(fù)合串聯(lián)組合等于55.6 Ω。與R1并聯(lián)的55.6 Ω阻抗與戴維南等效電路在同相輸入端的輸入阻抗只有幾歐姆之差。兩個(gè)輸入的匹配可確保輸出對(duì)稱、均衡且經(jīng)過優(yōu)化,可實(shí)現(xiàn)最低失真。
有關(guān)單端輸入端接方法的詳細(xì)說明,請(qǐng)參閱應(yīng)用筆記AN-1026“高速差分ADC驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)考慮”。此外,ADI公司DiffAmpCalcuator™設(shè)計(jì)工具大大簡(jiǎn)化了這一操作,并針對(duì)與差分放大器設(shè)計(jì)有關(guān)的其他問題提供了獨(dú)到見解。
ADA4932-1差分驅(qū)動(dòng)器的增益配置約為1(單端輸入至差分輸出)。由于50 Ω信號(hào)源以及在ADA4932-1輸入端匹配的端阻抗的作用,相對(duì)于戴維南等效信號(hào)源電壓,通道的凈總增益大約為0.5。
使用配置為單位增益緩沖器的AD8031來緩沖AD7626的VCM輸出電壓(標(biāo)稱+2.048 V),即可設(shè)定ADA4932-1輸出的共模電壓。AD8031為ADA4932-1 VOCM引腳提供低源阻抗,并能驅(qū)動(dòng)大型旁路電容,如圖1所示。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)AD7626(帶開關(guān)電容輸入的10 MSPS ADC)的高頻輸入時(shí),ADA4932-1的作用尤其顯著。ADA4932-1和AD7626 的IN+和IN-引腳之間的電阻(R8、R9)和電容(C5、C6)電路可充當(dāng)?shù)屯ㄔ肼暈V波器。該濾波器限制了AD7626的輸入帶寬,但其主要功能是優(yōu)化驅(qū)動(dòng)放大器和AD7626之間的接口。串聯(lián)電阻將驅(qū)動(dòng)放大器與ADC開關(guān)電容器前端的高頻開關(guān)尖峰隔離。AD7626數(shù)據(jù)手冊(cè)顯示了20 Ω和56 pF的值。在圖1所示電路中,這些值根據(jù)實(shí)際應(yīng)用優(yōu)化為33 Ω和56 pF。若要針對(duì)轉(zhuǎn)換中的電路和輸入頻率對(duì)電阻-電容組合進(jìn)行略微優(yōu)化,只需改變R-C組合即可。但是切記,若組合不當(dāng),將限制AD7626的總諧波失真(THD)和線性度性能。此外,ADC帶寬的增加會(huì)引起更多噪聲。
ADA4932-1電源電壓的選擇也得到了優(yōu)化。在電路中,對(duì)應(yīng)于4.096V的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓,AD7626的輸出共模電壓(VCM引腳)為 2.048 V,每個(gè)輸入(IN+、IN-)在0 V和+4.096 V之間擺幅,發(fā)生180°錯(cuò)相,這提供了ADC的8.2 V滿量程差分輸入。對(duì)于線性運(yùn)算的每個(gè)電源電壓,ADA4932-1輸出級(jí)需要大約1.4 V的裕量。當(dāng)電源電壓關(guān)于共模電壓大致對(duì)稱時(shí),能獲得最佳失真性能。如果選定-2.5 V負(fù)電源,則至少需要大約+6.5 V正電源才能關(guān)于2.048V共模電壓對(duì)稱。
實(shí)驗(yàn)表明,+7.25 V正電源可為2.4 MHz信號(hào)音提供最佳的總失真性能。
使用低抖動(dòng)時(shí)鐘源和AD7626的單音-1 dBFS幅度2.402 MHz輸入,可產(chǎn)生圖2所示的FFT結(jié)果:信噪比為88.49 dB,總諧波失真為-86.17 dBc。從圖中可以看到,基波的諧波重新混疊到通帶。例如,采樣率為10 MSPS時(shí),三次諧波(7.206 MHz)會(huì)在10.000 MHz-7.206 MHz = 2.794 MHz混疊到通帶。圖3所示為-6 dBfs幅度信號(hào)音的第二個(gè)FFT坐標(biāo)圖。
圖2. AD7626輸出,64,000點(diǎn),F(xiàn)FT坐標(biāo)圖,-1 dBFS幅度,2.40173 MHz的輸入信號(hào)音,10.000 MSPS采樣率
圖3. AD7626輸出,64,000點(diǎn),F(xiàn)FT坐標(biāo)圖,-6 dBFS幅度,2.40173 MHz輸入信號(hào)音,10.000 MSPS采樣率
計(jì)算信噪比和總諧波失真時(shí),用整個(gè)奈奎斯特帶寬的平均噪聲取代了電路所用帶通濾波器的通帶準(zhǔn)許通過的非諧波噪聲。
該電路或任何高速電路的性能都高度依賴于適當(dāng)?shù)腜CB布局,包括但不限于電源旁路、受控阻抗線路(如需要)、元件放置、信號(hào)路由以及電源層和接地層。(有關(guān)PCB布局的詳細(xì)信息,請(qǐng)參見MT-031教程, MT-101教程 和高速印刷電路板布局實(shí)用指南一文。)
評(píng)論