在將具有寬動(dòng)態(tài)范圍的模擬信號轉換為數字格式，而ADC分辨率不足以捕捉全部有用信息時(shí)，可變增益放大器(VGA)可以發(fā)揮重要作用。例如，具有2 V峰峰值輸入范圍的10位轉換器的LSB大小為2 ÷ 1024，即稍低于2 mV。VGA放大幅度小于最低分辨率的輸入信號，并衰減大信號，以免ADC飽和。信號強度在數微伏至數伏范圍內的超聲接收機，以及幾乎所有接收機都會(huì )用到的中頻(IF)放大器，就是這類(lèi)應用的例子。對于直流或低頻模擬信號，分辨率最高達24位的Σ-Δ型ADC經(jīng)濟實(shí)惠、款式多樣，但采樣頻率通常限制在數百kHz?，F有的先進(jìn)ADC的分辨率會(huì )隨著(zhù)采樣頻率的提高而降低，這使得利用標準ADC對高頻、低振幅信號進(jìn)行精確數字化處理極其困難?？勺冊鲆娣糯笃骺梢苑奖愕亟鉀Q這一問(wèn)題，圖1所示為VGA驅動(dòng)ADC的典型應用。

AD8331/AD8332/AD8334分別是單通道/雙通道/四通道、超低噪聲、線(xiàn)性dB可變增益放大器(VGA)，針對超聲系統進(jìn)行了優(yōu)化，可以用作低噪聲可變增益元件，工作頻率最高達120 MHz。

各通道內置一個(gè)超低噪聲前置放大器(LNA)、一個(gè)48 dB增益范圍的X-AMP® VGA以及一個(gè)具有可調輸出限制功能的可選增益后置放大器。LNA增益為19 dB，具有單端輸入和差分輸出。LNA輸入阻抗可以利用一個(gè)電阻來(lái)調節，以便與信號源相匹配，且不影響噪聲性能。

VGA的48 dB增益范圍使這些器件適合各種不同的應用。帶寬在整個(gè)增益范圍內可保持出色的一致性。對于40 mV至1 V范圍內的控制電壓，增益控制接口可提供精確的50 dB/V線(xiàn)性dB調整。通過(guò)工廠(chǎng)調整可確保器件間及通道間具有出色的增益匹配特性。

VGA和現代ADC的功能已遠遠超越早期A(yíng)DC設計所用的傳統運算放大器。在本例所用的VGA中，增益由外部控制。針對10位或12位轉換器映射的增益值可通過(guò)引腳選擇，低噪聲級的阻抗則可通過(guò)一個(gè)串聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò )調整，以獲得各種不同的阻抗值。借助簡(jiǎn)單的引腳搭接便可使用高速轉換器產(chǎn)品。

圖1所示電路展現了典型VGA與ADC的互連情況。對于本例，AD8331 VGA與AD9215 ADC在頻率范圍和差分接口匹配方面兼容。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，圖中未顯示電源去耦。

AD8331內置一個(gè)低噪聲前置放大器，后接一個(gè)差分衰減器和增益級。此VGA僅需5 V單電源供電。ADC的低噪聲3 V電源可由與5 V電源相連的LDO提供，例如ADP3339。該VGA的差分輸出用于驅動(dòng)具有差分輸入的ADC，其輸入范圍為1 V峰峰值至約4.5 V峰峰值。AD9215的輸入范圍可以設置在1 V峰峰值差分與2 V峰峰值差分之間。對于本電路，ADC輸入范圍設置為2 V峰峰值差分。

與大多數單電源器件一樣，AD8331需要一個(gè)電壓為供電電壓中間值的內部基準電壓源，用于一對鏡像放大器，它可在輸出端（折合到共模電壓CMV）提供相等但極性相反的信號。關(guān)于此功能的更多信息，請參考AD8331數據手冊 。VGA的引腳11 (VCM)既可以作為輸入，也可以作為輸出。作為輸出時(shí)，VCM電路可以在引腳11上進(jìn)行去耦，或者可以通過(guò)一個(gè)電壓源驅動(dòng)該引腳，以修改共模電壓的值，從而適應具有不同輸入范圍的各種ADC。如果保持浮地，VCM電壓將為電源電壓的一半，這對于交流耦合應用是最佳值。

引腳12 (CLMP)將輸出擺幅箝位在A(yíng)DC差分輸入的限制內，從而避免出現可能會(huì )嚴重影響轉換器的過(guò)驅問(wèn)題。利用一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻控制箝位幅度。如果CLMP引腳上沒(méi)有任何連接，則箝位電壓為以2.5 V共模電壓為中心的差分4.5V峰峰值。

測試波形選擇1 MHz正弦波，利用 ADC Analyzer™軟件恢復的波形如圖2所示。采樣頻率為65 MSPS，對應于A(yíng)D9215的65 MSPS版本。LNA輸入信號為70 mV峰峰值，經(jīng)過(guò)外部低通和高通濾波器處理，可濾除信號發(fā)生器的雜散。VGA增益為29 dB，可將信號放大到大約ADC滿(mǎn)量程輸入電壓的一半。VGA與ADC之間的高通和低通濾波組合可衰減50 kHz以下的低頻噪聲（33 Ω和100 nF可產(chǎn)生48 kHz的低頻截止頻率），以及100 MHz以上的頻率（42 pF和33 Ω可產(chǎn)生114 MHz的高頻截止頻率）。

圖2：重建的滿(mǎn)量程2 V峰峰值1 MHz正弦波，采樣速率為65 MSPS

通過(guò)減小LNA輸入端以及LNA與VGA輸入端之間的串聯(lián)電容值，可以進(jìn)一步實(shí)現高通濾波。

如果VOH和VOL上的PCB走線(xiàn)雜散電容約超過(guò)25 pF，則可能需要一個(gè)輸出去耦網(wǎng)絡(luò )，它由100 Ω固定電阻與AD8331各輸出端串聯(lián)插入的一個(gè)鐵氧體磁珠并聯(lián)組成。否則，便不需要這一網(wǎng)絡(luò )。

大部分現代ADC都可以通過(guò)引腳接入內部基準電壓源。AD9215的內部基準電壓為1 V，外部電阻使共模輸入電壓偏置3 V電源電壓的一半。

數據捕捉板與筆記本電腦接口。ADC Analyzer軟件可啟動(dòng)轉換器，并提供波形或FFT顯示。關(guān)于A(yíng)D9215配置的詳細信息，請參考AD9215數據手冊。

圖3是該測試設置的簡(jiǎn)化框圖。評估板上裝有一個(gè)20引腳、雙排接頭，它與轉換器接口板上的連接器一半相結合。評估板由標準筆記本電腦上運行的ADC Analyzer軟件進(jìn)行控制。

本電路必須構建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實(shí)現最佳性能，必須采用適當的布局、接地和去耦技術(shù)（請參考 教程MT-031——“實(shí)現數據轉換器的接地并解開(kāi)AGND和DGND的謎團”，以及 教程MT-101 ——“去耦技術(shù)”）。

其它單通道、10位ADC包括AD9214（適合較低輸入頻率）或AD9411（適合較高采樣速度應用）。