CN0002: 使用AD8376 VGA驱动高IF交流耦合应用中的宽带宽ADC

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优势和特点
  • 超低失真可编程增益输入
  • 100 MHz时SFDR性能为86 dB
此电路中所用产品

电路功能与优势

本文所述电路采用双通道、数字可编程、超低失真、高输出线性度、可变增益放大器(VGA)AD8376AD9445AD9246等高速ADC配合使用时,在100 MSPS以上、最大增益条件下,它可提供出色的SFDR(无杂散动态范围)性能。

图1:采用AD8376和AD9445的宽带ADC接口示例

电路描述

该电路采用AD8376 VGA,能够为AD9445等高速ADC提供可变增益、隔离和源阻抗匹配。利用该电路,当AD8376的增益为20 dB(最大增益)时,在100 MHz时的SFDR性能可达到86 dBc,如图2所示。

图2:图1所示电路在100 MHz输入信号、105 MSPS采样速率时测得的单音性能

AD8376 VGA应通过宽带1:1传输线巴伦(或阻抗变压器)以差分方式驱动(来获得最佳性能),紧跟巴伦的是接两个37.4 Ω电阻,与AD8376的150 Ω输入阻抗并联。这样就可实现与图1所示50 Ω源阻抗的宽带匹配。AD8376的开路集电极输出通过两个1 μH电感偏置,并交流耦合至两个82 Ω负载电阻。这些82 Ω负载电阻与串联端接的ADC阻抗并联,产生150 Ω的差分负载阻抗,这是AD8376达到规定增益精度的推荐值。负载电阻通过AD9445交流耦合,以消除共模直流负载。借助33 Ω串联电阻,可以改善AD8376与模数采样保持输入电路中存在的任何开关电流之间的隔离性能。

AD8376的输出IP3(三阶交调截点)和本底噪声在24 dB可用增益范围内基本保持稳定,这对于希望接收器增益改变时,瞬时动态范围保持不变的可变增益接收器而言是一个重要的优点。输出噪声密度的典型值约为20 nV/√Hz,与14位至16位灵敏度极限相当。AD8376的双音IP3性能典型值约为+50 dBm。因此,驱动14位、105 MSPS/125 MSPS模数转换器AD9445时,在输入频率最高达140 MHz条件下,SFDR性能优于86 dBc。使用AD8376时,有多种配置方式可供设计人员选择。开路集电极输出能够驱动多种不同负载。图1显示了一个简化的宽带接口,其中AD8376驱动AD9445。AD9445为14位、125 MSPS模数转换器,具有缓冲宽带输入,由此产生2 kΩ||3 pF差分负载阻抗,要求具有2 V峰峰值差分输入摆幅才能达到满量程。在图1中,加入串联电感L(串联)可扩展系统的带宽,并具有响应平坦度。当L(串联)为100 nH电感时,便可获得图3所示的宽带系统响应。在预失真接收器设计和仪器仪表等宽带应用中,宽带频率响应也是一个优势。但是,若针对较宽的模拟输入频率范围进行设计,由于高频噪声会混叠至目标奈奎斯特频率区域,因此级联SNR(信噪比)性能会有所下降。

图3:图1所示宽带电路的频率响应测量结果

常见变化

图4提供了另一种窄带方法。通过在AD8376与目标ADC之间设计一个窄带通抗混叠滤波器,目标奈奎斯特频率区域外的AD8376输出噪声得以衰减,有助于保持ADC的可用SNR性能。

图4:无缓冲开关电容ADC输入的窄带IF采样解决方案

一般而言,若用一个恰当阶数的抗混叠滤波器时,SNR性能会提高数个dB。本例采用一个低损耗1:3(阻抗比)输入变压器,使AD8376的150 Ω平衡输入与50 Ω不平衡源阻抗相匹配,从而将输入的插入损耗降至最低。

图4所示窄带电路针对驱动ADI公司一些颇受欢迎的无缓冲输入ADC进行了优化,如AD9246AD9640AD6655等。表1列出了针对常用的IF采样中心频率,相关抗混叠滤波器元件的推荐值。电感L5与片内ADC输入电容及C4所提供电容的一部分并联,构成一个谐振电路。该谐振电路有助于确保ADC输入在目标中心频率条件下像个真实的电阻。此外,在直流时电感L5会使ADC输入短路,从而将零引入传递函数。1 nF交流耦合电容和1 μH偏置扼流圈会将更多零引入传递函数。最终的整体频率响应呈现出带通特性,有助于抑制目标奈奎斯特频率区域外的噪声。表1提供了一些初步建议值供原型设计使用。可能还需要考虑一些经验优化方法,帮助补偿实际的PCB寄生效应。关于级间滤波器设计的详细信息,请参考“了解更多信息”部分的应用笔记。

在图1所示电路中,两个37.4 Ω电阻均要求精度为1%(1/10瓦)。其它电阻的精度可以为10%(1/10瓦)。电容应为10%陶瓷芯片。在图2所示电路中,两个165 Ω电阻均要求精度为1%(1/10瓦)。其它电阻、电容和电感的精度可以为10%。

为了使本文所讨论的电路达到理想的性能,必须采用出色的布线、接地和去耦技术。至少应采用四层PCB:一层为接地层,一层为电源层,另两层为信号层。

所有IC电源引脚都必须采用0.01 μF至0.1 μF低电感多层陶瓷电容(MLCC),对接地层去耦(为简明起见,图中未显示)。还应遵守“了解更多信息”部分中IC数据手册的相关建议。

有关布线方式和关键元件位置建议,应查询产品评估板。可以在器件的产品主页上找到评估板(请查看“了解更多信息”部分)。

为了防止损坏AD8376的内部ESD保护二极管,数字输入“A”和“B”以及ENBA、ENBB不应高于AD8376正电源电压0.6 V以上,或高于地电压0.6 V以下。如果驱动AD8376的逻辑电源从AD8376的供电电源获得,则不会发生上述情况。AD8376采用双极性工艺制造,不易闩锁。

即使AD8376和AD9445(或其它ADC)采用不同电源供电,因为ADC的输入信号为交流耦合信号,所以时序控制也不是问题。

关于AVDD和DVDD电源的正确时序(如果使用独立的电源),应参考相应的ADC数据手册。

中心频率 1 dB 带宽 L1 C2 L3 C4 L5
96 MHz 27 MHz 390 nH 5.6 pF 390 nH 22 pF 100 nH
140 MHz 30 MHz 330 nH 3.3 pF 330 nH 20 pF 56 nH
170 MHz 32 MHz 270 nH 2.7 pF 270 nH 20 pF 39 nH
211 MHz 32 MHz 220 nH 2.2 pF 220 nH 18 pF 27 nH

表1:针对不同IF采样频率的接口滤波器建议值

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD6655 中频分集接收机

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD8376 超低失真IF双通道VGA AD8376ACPZ-R7
AD9445 14位、105 MSPS/125 MSPS ADC

欲获取样片,请 联系ADI公司

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