输入魔法——差分信号允许输入摆幅超过电源电压

问题:

我的ADC采用1.8 V电源供电。它如何能有2 V p-p输入范围?

RAQ: Issue 93

答案:

最新一代低功耗、高速ADC采用细线硅工艺制造,工作电源电压很低。ADC设计人员面临一个权衡:是扩大输入范围以实现更好的信噪比(信号越大则SNR越高),还是缩小输入范围以降低驱动要求。这些年来,我们看到过5 V电源、4 V p-p输入范围的ADC和3 V电源、2 V p-p输入范围的ADC,人们对此习以为常、不以为意。然而,过去几年,我们看到过很多1.8 V电源、2 V p-p输入范围的ADC。人们自然会问:采用1.8 V电源供电的ADC如何能有2 V p-p的输入范围?这不是要求信号超过电源轨吗?

一个被忽略的事实是:大部分高速ADC的模拟输入信号是差分信号。差分输入信号以VIN+和VIN–引脚上的互补单端信号对传输,VINDIFF = VIN+ – VIN–。单端部分的中心电压在电源轨范围内,摆幅仅为差分信号幅度的一半,典型共模电压为VSUPPLY/2。

差分信号的优势在于能够提供良好的共模抑制并且消除偶数阶失真(要完全消除,幅度和相位必须完全一致,但这是另外一回事)。但差分信号还有一个常被忽略的优势,那就是在给定电源范围内,差分信号的幅度可以达到单端信号幅度的两倍。随着ADC设计趋向越来越低的电源电压,输入信号的裕量不断受到挤压,差分信号将占用更多的可用电源范围。在直流耦合应用中,低压ADC的共模电压给驱动放大器的接口带来了困难,但对于许多应用,信号可以交流耦合到ADC,这将不是一个问题。

作者

David Buchanan

David Buchanan

于1987年获得美国弗吉尼亚大学电子工程学士学位。他先后在STMicroelectronics、Adaptec和Analog Devices从事市场营销和应用工程工作,熟悉各种高性能模拟半导体产品。他目前是ADI公司高速转换器产品线(美国北卡罗来纳州格林斯博罗)的资深应用工程师。