ADI:16位10 MSPS ADC AD7626的單端轉差分高速驅動(dòng)

電路特點(diǎn)

16位10MSPS PulSAR ADC

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的單端至差分驅動(dòng)器

輸入為2.4MHz時(shí)，SNR為88dB

電路功能

圖1所示電路可將高頻單端輸入信號轉換為平衡差分信號，用于驅動(dòng)16位10 MSPS PulSAR® ADC AD7626。該電路采用低功耗差分放大器ADA4932-1 來(lái)驅動(dòng)ADC，最大限度提升AD7626的高頻輸入信號音性能。此器件組合的真正優(yōu)勢在于低功耗、高性能。

AD7626具有突破業(yè)界標準的動(dòng)態(tài)性能，在10 MSPS下信噪比為91.5 dB，實(shí)現16位INL性能，無(wú)延遲，LVDS接口，功耗僅有136 mW。AD7626使用SAR架構，主要特性是能夠以10 MSPS無(wú)延遲采樣，不會(huì )發(fā)生流水線(xiàn)式ADC常有的“流水線(xiàn)延遲”，同時(shí)具備出色的線(xiàn)性度。

ADA4932-1具有低失真(10 MHz時(shí)100 dB SFDR)、快速建立時(shí)間(9 ns達到0.1%)、高帶寬(560 MHz，-3 dB，G = 1)和低電流(9.6 mA)等特性，是驅動(dòng)AD7626的理想選擇。它還能輕松設定所需的輸出共模電壓。

該組合提供了業(yè)界領(lǐng)先的動(dòng)態(tài)性能并減小了電路板面積：AD7626采用5 mm × 5mm、32引腳LFCSP封裝，ADA4932 -1采用3mm× 3mm、16引腳LFCSP封裝)，AD8031 采用5引腳SOT23封裝。

電路描述

采用差分放大器成功驅動(dòng)ADC需要正確平衡差分放大器的各端。

圖1顯示了ADA4932-1、AD7626和相關(guān)電路的原理圖。在使用的測試電路中，信號源之后配置有2.4 MHz帶通濾波器。該帶通濾波器能抑制2.4 MHz信號的諧波，并確保只有目標頻率的信號能夠通過(guò)并由ADA4932-1和AD7626進(jìn)行處理。

本例中信號源的特性阻抗為50 Ω，通過(guò)帶通濾波器交流耦合到ADA4932-1。將信號源施加于A(yíng)DA4932-1的正輸入時(shí)，要求信號源也以50 Ω正確端接(通常情況下任何源阻抗均可)。選中端接電阻R2，以使R2與ADA4932-1輸入阻抗的并聯(lián)組合等于50 Ω。

為使ADA4932-1的兩個(gè)輸入端保持適當平衡和對稱(chēng)，與輸入源阻抗等效的戴維南阻抗和端阻抗必須添加到反相輸入端。在這種情況下，就涉及到濾波器的交流特性。

如圖1所示，戴維南等效網(wǎng)絡(luò )顯示在A(yíng)DA4932-1的反相輸入端。頻率為2.4 MHz時(shí)，此電路性能得到優(yōu)化。C1和R4串聯(lián)組合后，與電阻R1并聯(lián)。頻率為2.4 MHz時(shí)，C1和R4的復合串聯(lián)組合等于55.6 Ω。與R1并聯(lián)的55.6 Ω阻抗與戴維南等效電路在同相輸入端的輸入阻抗只有幾歐姆之差。兩個(gè)輸入的匹配可確保輸出對稱(chēng)、均衡且經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可實(shí)現最低失真。

有關(guān)單端輸入端接方法的詳細說(shuō)明，請參閱應用筆記AN-1026“高速差分ADC驅動(dòng)器設計考慮”。此外，ADI公司DiffAmpCalcuator™設計工具大大簡(jiǎn)化了這一操作，并針對與差分放大器設計有關(guān)的其他問(wèn)題提供了獨到見(jiàn)解。

ADA4932-1差分驅動(dòng)器的增益配置約為1(單端輸入至差分輸出)。由于50 Ω信號源以及在A(yíng)DA4932-1輸入端匹配的端阻抗的作用，相對于戴維南等效信號源電壓，通道的凈總增益大約為0.5。

使用配置為單位增益緩沖器的AD8031來(lái)緩沖AD7626的VCM輸出電壓(標稱(chēng)+2.048 V)，即可設定ADA4932-1輸出的共模電壓。AD8031為ADA4932-1 VOCM引腳提供低源阻抗，并能驅動(dòng)大型旁路電容，如圖1所示。

當驅動(dòng)AD7626(帶開(kāi)關(guān)電容輸入的10 MSPS ADC)的高頻輸入時(shí)，ADA4932-1的作用尤其顯著(zhù)。ADA4932-1和AD7626 的IN+和IN-引腳之間的電阻(R8、R9)和電容(C5、C6)電路可充當低通噪聲濾波器。該濾波器限制了AD7626的輸入帶寬，但其主要功能是優(yōu)化驅動(dòng)放大器和AD7626之間的接口。串聯(lián)電阻將驅動(dòng)放大器與ADC開(kāi)關(guān)電容器前端的高頻開(kāi)關(guān)尖峰隔離。AD7626數據手冊顯示了20 Ω和56 pF的值。在圖1所示電路中，這些值根據實(shí)際應用優(yōu)化為33 Ω和56 pF。若要針對轉換中的電路和輸入頻率對電阻-電容組合進(jìn)行略微優(yōu)化，只需改變R-C組合即可。但是切記，若組合不當，將限制AD7626的總諧波失真(THD)和線(xiàn)性度性能。此外，ADC帶寬的增加會(huì )引起更多噪聲。

ADA4932-1電源電壓的選擇也得到了優(yōu)化。在電路中，對應于4.096V的內部基準電壓，AD7626的輸出共模電壓(VCM引腳)為 2.048 V，每個(gè)輸入(IN+、IN-)在0 V和+4.096 V之間擺幅，發(fā)生180°錯相，這提供了ADC的8.2 V滿(mǎn)量程差分輸入。對于線(xiàn)性運算的每個(gè)電源電壓，ADA4932-1輸出級需要大約1.4 V的裕量。當電源電壓關(guān)于共模電壓大致對稱(chēng)時(shí)，能獲得最佳失真性能。如果選定-2.5 V負電源，則至少需要大約+6.5 V正電源才能關(guān)于2.048V共模電壓對稱(chēng)。

實(shí)驗表明，+7.25 V正電源可為2.4 MHz信號音提供最佳的總失真性能。

使用低抖動(dòng)時(shí)鐘源和AD7626的單音-1 dBFS幅度2.402 MHz輸入，可產(chǎn)生圖2所示的FFT結果：信噪比為88.49 dB，總諧波失真為-86.17 dBc。從圖中可以看到，基波的諧波重新混疊到通帶。例如，采樣率為10 MSPS時(shí)，三次諧波(7.206 MHz)會(huì )在10.000 MHz-7.206 MHz = 2.794 MHz混疊到通帶。圖3所示為-6 dBfs幅度信號音的第二個(gè)FFT坐標圖。

圖2. AD7626輸出，64，000點(diǎn)，FFT坐標圖，-1 dBFS幅度，2.40173 MHz的輸入信號音，10.000 MSPS采樣率

圖3. AD7626輸出，64，000點(diǎn)，FFT坐標圖，-6 dBFS幅度，2.40173 MHz輸入信號音，10.000 MSPS采樣率

計算信噪比和總諧波失真時(shí)，用整個(gè)奈奎斯特帶寬的平均噪聲取代了電路所用帶通濾波器的通帶準許通過(guò)的非諧波噪聲。

該電路或任何高速電路的性能都高度依賴(lài)于適當的PCB布局，包括但不限于電源旁路、受控阻抗線(xiàn)路(如需要)、元件放置、信號路由以及電源層和接地層。(有關(guān)PCB布局的詳細信息，請參見(jiàn)MT-031教程， MT-101教程 和高速印刷電路板布局實(shí)用指南一文。)