CN0051: 在交流耦合基带应用中驱动AD9233/AD9246/AD9254 ADC

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概览

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优势和特点
  • 单端转差分
  • 交流耦合信号
  • 低噪声、低失真
  • 125MSPS时具有良好的动态性能
此电路中所用产品
    应用: 
  • 成像
  • 通信
  • 通信

电路功能与优势

本文所述电路如图所示,可利用 ADA4937-1 ADC驱动器将交流耦合、单端输入信号转换为适合驱动14位、125 MSPS模数转换器(ADC) AD9246的差分信号。ADA4937-1是一款低噪声、超低失真、高速差分放大器,具有低直流偏置和出色的动态性能。它是分辨率高达16位、DC至100 MHz、高性能ADC的理想驱动器,非常适合各种不同的数据采集和信号处理应用。与以前的模数转换器相比,此电路的功耗与成本均有所降低,适用于通信、仪器仪表和医疗成像等应用。 ADA4937-2是ADA4937-1的双通道版本,可在驱动双通道ADC时使用。

图1. ADA4937-1驱动14位ADC AD9246(原理示意图:未显示去耦和所有连接)

电路描述

AD9246是一款单芯片、14位、80 MSPS/ 105 MSPS/125 MSPS ADC,采用1.8 V单电源供电,内置一个高性能采样保持放大器(SHA)和片内基准电压源。利用宽带宽、真差分采样保持放大器(SHA),用户可以选择包括单端应用在内的各种输入范围和偏移。该器件可用于多路复用系统,在连续通道中切换满量程电平,以及对远超过ADC奈奎斯特频率的单通道输入进行采样。

采用差分驱动时,AD9246能够实现最佳性能。ADA4937-1不仅提供单端转差分转换,而且提供增益与电平转换。ADA4937-1的输出共模电压通过在其VOCM引脚上连接电阻分压器来设置。如果该引脚置于悬空,则VOCM电压大约为中间电源电压,由内部分压器设置。

ADA4937-1采用5 V单电源供电,并针对单端输入转差分输出配置增益为2。76.8 Ω端接电阻与单端输入阻抗137 Ω并联,为输入源提供50 Ω交流端接。反相输入端的90.9 Ω电阻另需与49.9 Ω电阻、10 μF电容和76.8 Ω电阻相连,以平衡驱动同相输入端的交流阻抗。欲了解此配置的详尽分析,请参考 “教程MT-076”

图2. ADA4937-1驱动AD9246 ADC时的二次谐波失真(HD2)和三次谐波失真(HD3)

该信号发生器具有以接地电压为基准的对称双极性输出端。ADA4937-1的VOCM引脚悬空,因此内部分压器会将输出共模电压设置为中间电源电压。此部分会反馈至求和节点,且−IN和+IN偏置1.14 V。当共模电压为2.5 V时,各ADA4937-1输出摆幅为2.0 V至3.0 V,可针对1 V峰峰值单端输入提供2 V峰峰值差分输出。

ADC驱动器的输出交流耦合至一个单极、低通噪声滤波器。该低通滤波器可降低ADC输入处的噪声带宽,并且与ADC及驱动器的开关电容输入形成一定程度的隔离。在任何配置中,分流电容最佳值C均取决于输入频率和源阻抗,并且可能需要优化。表1列出了适用于RC网络的建议值。不过,这些值取决于输入信号频率,并可能需要进一步优化。

ADC的输入共模电压由 AD9246 的CML引脚和一对200 Ω电阻来设置。在其它应用中,采用ADC的CML引脚和ADA4937-1的VOCM引脚来设置ADC的输入共模电压(请参考“常见变化”部分)。ADA4937-1采用ADI公司的专有硅-锗(SiGe)互补双极性工艺制造,可实现极低的失真水平,输入电压噪声仅为2.2 nV/√Hz。

图1所示电路已经过各种输入频率的−1 dBFS信号测试。图2所示为二次和三次谐波失真(HD2/HD3)与输入频率的关系曲线。

本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能,必须采用适当的布局、接地和去耦技术(请参考 教程MT-031教程MT-101以及 AD9246评估板布局)。

为了获得最佳电气和热性能,AD9246、ADA4937-1和(LFCSP封装)底部的裸露焊盘需要与较大面积接地层相连。铜层应具有数个过孔,从而实现最为通畅的散热路径,以方便通过PCB底部的气流散热。这些过孔应填满或插入焊料。

常见变化

AD9246(14位、80 MSPS/105 MSPS/125 MSPS)ADC与 AD9233(12位、80 MSPS/105 MSPS/ 125 MSPS)和 AD9254(14位、150 MSPS)引脚兼容。

驱动上述ADC时,还可以考虑其它一些放大器配置,分别为差分交流耦合输入至差分输出、直流耦合单端输入至交流耦合差分输出、直流耦合单端输入至差分输出和直流耦合差分输入至差分输出。

在直流耦合系统中,驱动器输出共模电压通过ADA4937-1的VOCM引脚设置。可调输出共模电平使ADA4937-1输出能够与ADC的输入共模电压相匹配。ADA4937-1的内部共模反馈环路也可提供出色的输出平衡,并能抑制偶数阶谐波失真产物。在这些应用中,ADC的CML引脚经常与驱动器的VOCM引脚直接相连,确保实现最佳的ADC输入共模电压。在其它应用中,VOCM引脚可以采用低阻抗源驱动,如运算放大器等。也可以让VOCM引脚保持浮地,但通过一个电容来旁路,这种情况下,V电压被设置为两个电源引脚所施加电压的中间点。

输入频率范围(MHz) 串联电阻R(Ω) 差分电容C(pF)
0 至 70 33 15
70 至 200 33 5
200 至 300 15 5
>300 15 开路(无电容)

表1. RC网络建议值

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD9246 14-Bit, 80 MSPS/105 MSPS/125 MSPS, 1.8 V模数转换器

欲获取样片,请 联系ADI公司

ADA4937-1 超低失真差分ADC驱动器(单通道) ADA4937-1YCPZ-R7
沪ICP备09046653号
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