ADI:16位10 MSPS ADC AD7626的單端轉(zhuǎn)差分高速驅(qū)動

作者：時間：2016-09-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

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電路特點

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/201609/303663.htm

16位10MSPS PulSAR ADC

經(jīng)過優(yōu)化的單端至差分驅(qū)動器

輸入為2.4MHz時，SNR為88dB

電路功能

圖1所示電路可將高頻單端輸入信號轉(zhuǎn)換為平衡差分信號，用于驅(qū)動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ADC，最大限度提升AD7626的高頻輸入信號音性能。此器件組合的真正優(yōu)勢在于低功耗、高性能。

AD7626具有突破業(yè)界標準的動態(tài)性能，在10 MSPS下信噪比為91.5 dB，實現(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，不會發(fā)生流水線式ADC常有的“流水線延遲”，同時具備出色的線性度。

ADA4932-1具有低失真(10 MHz時100 dB SFDR)、快速建立時間(9 ns達到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。在使用的測試電路中，信號源之后配置有2.4 MHz帶通濾波器。該帶通濾波器能抑制2.4 MHz信號的諧波，并確保只有目標頻率的信號能夠通過并由ADA4932-1和AD7626進行處理。

本例中信號源的特性阻抗為50 Ω，通過帶通濾波器交流耦合到ADA4932-1。將信號源施加于ADA4932-1的正輸入時，要求信號源也以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的兩個輸入端保持適當平衡和對稱，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，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，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。兩個輸入的匹配可確保輸出對稱、均衡且經(jīng)過優(yōu)化，可實現(xiàn)最低失真。

有關(guān)單端輸入端接方法的詳細說明，請參閱應(yīng)用筆記AN-1026“高速差分ADC驅(qū)動器設(shè)計考慮”。此外，ADI公司DiffAmpCalcuator™設(shè)計工具大大簡化了這一操作，并針對與差分放大器設(shè)計有關(guān)的其他問題提供了獨到見解。

ADA4932-1差分驅(qū)動器的增益配置約為1(單端輸入至差分輸出)。由于50 Ω信號源以及在ADA4932-1輸入端匹配的端阻抗的作用，相對于戴維南等效信號源電壓，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)動大型旁路電容，如圖1所示。

當驅(qū)動AD7626(帶開關(guān)電容輸入的10 MSPS ADC)的高頻輸入時，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?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)動放大器和AD7626之間的接口。串聯(lián)電阻將驅(qū)動放大器與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)實際應(yīng)用優(yōu)化為33 Ω和56 pF。若要針對轉(zhuǎn)換中的電路和輸入頻率對電阻-電容組合進行略微優(yōu)化，只需改變R-C組合即可。但是切記，若組合不當，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，對應(yīng)于4.096V的內(nèi)部基準電壓，AD7626的輸出共模電壓(VCM引腳)為 2.048 V，每個輸入(IN+、IN-)在0 V和+4.096 V之間擺幅，發(fā)生180°錯相，這提供了ADC的8.2 V滿量程差分輸入。對于線性運算的每個電源電壓，ADA4932-1輸出級需要大約1.4 V的裕量。當電源電壓關(guān)于共模電壓大致對稱時，能獲得最佳失真性能。如果選定-2.5 V負電源，則至少需要大約+6.5 V正電源才能關(guān)于2.048V共模電壓對稱。

實驗表明，+7.25 V正電源可為2.4 MHz信號音提供最佳的總失真性能。

使用低抖動時鐘源和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，三次諧波(7.206 MHz)會在10.000 MHz-7.206 MHz = 2.794 MHz混疊到通帶。圖3所示為-6 dBfs幅度信號音的第二個FFT坐標圖。