ADC驅動(dòng)器或差分放大器設計指南

作為應用工程師，我們經(jīng)常遇到各種有關(guān)差分輸入型高速模數轉換器(ADC)的驅動(dòng)問(wèn)題。事實(shí)上，選擇正確的ADC驅動(dòng)器和配置極具挑戰性。為了使魯棒性ADC電路設計多少容易些，我們匯編了一套通用“路障”及解決方案。本文假設實(shí)際驅動(dòng)ADC的電路——也被稱(chēng)為ADC驅動(dòng)器或差分放大器——能夠處理高速信號。

引言
大多數現代高性能ADC使用差分輸入抑制共模噪聲和干擾。由于采用了平衡的信號處理方式，這種方法能將動(dòng)態(tài)范圍提高2倍，進(jìn)而改善系統總體性能。雖然差分輸入型ADC也能接受單端輸入信號，但只有在輸入差分信號時(shí)才能獲得最佳ADC性能。ADC驅動(dòng)器專(zhuān)門(mén)設計用于提供這種差分信號的電路——可以完成許多重要的功能，包括幅度調整、單端到差分轉換、緩沖、共模偏置調整和濾波等。自從推出AD8138,1以后，差分ADC驅動(dòng)器已經(jīng)成為數據采集系統中不可或缺的信號調理元件。

圖1：差分放大器。

圖1是一種基本的完全差分電壓反饋型ADC驅動(dòng)器。這個(gè)圖與傳統運放的反饋電路有兩點(diǎn)區別：差分ADC驅動(dòng)器有一個(gè)額外的輸出端(VON)和一個(gè)額外的輸入端(VOCM)。當驅動(dòng)器與差分輸入型ADC連接時(shí)，這些輸入輸出端可以提供很大的靈活性。

與單端輸出相反，差分ADC驅動(dòng)器產(chǎn)生平衡的差分輸出信號——相對于VOCM——在VOP與VON之間。這里的P指的是正，N指的是負。VOCM輸入信號控制輸出共模電壓。只要輸入與輸出信號處于規定范圍內，輸出共模電壓必定等于VOCM輸入端的電壓。負反饋和高開(kāi)環(huán)增益致使放大器輸入端的電壓VA+和VA-實(shí)質(zhì)上相等。

為了便于后面的討論，需要明確一些定義。如果輸入信號是平衡信號，那么VIP和VIN相對于某個(gè)公共參考電壓的幅度應該是相等的，相位則相反。當輸入信號是單端信號時(shí)，一個(gè)輸入端是固定電壓，另一個(gè)輸入端的電壓相對這個(gè)輸入端變化。無(wú)論是哪種情況，輸入信號都被定義為VIP–VIN。

差模輸入電壓VIN, dm和共模輸入電壓VIN, cm的定義見(jiàn)公式1和公式2。

(1, 2)

雖然這個(gè)共模電壓的定義應用于平衡輸入時(shí)很直觀(guān)，但對單端輸入同樣有效。輸出也有差模和共模兩種，其定義見(jiàn)公式3和公式4。