ADC驅(qū)動(dòng)器或差分放大器設(shè)計(jì)匯總

50MHz時(shí)的二次諧波失真相對(duì)于2Vp-p輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)大約是-88dBc。為了比較諧波失真水平和1 ENOB LSB，這個(gè)諧波失真值必須被轉(zhuǎn)換成電壓值，如公式33所示。

(33)

這個(gè)失真值只有80μVp-p，或1 ENOB LSB的16%。因此，從失真的角度看，可以認(rèn)為ADA4939是AD9445 ADC驅(qū)動(dòng)器的很好選擇。

由于ADC驅(qū)動(dòng)器是負(fù)反饋放大器，輸出失真取決于放大器電路中的環(huán)路增益值。負(fù)反饋放大器固有的開(kāi)環(huán)失真將被減少1/(1+LG)倍，其中LG代表可用環(huán)路增益。

放大器的輸入(誤差電壓)被乘以一個(gè)大的前向電壓增益A(s)，然后通過(guò)反饋系數(shù)β傳送到輸入端，再通過(guò)調(diào)整輸出使誤差最小。這樣，這類(lèi)放大器的環(huán)路增益為A(s)×β。隨著環(huán)路增益(A(s), β或兩者)的降低，諧波失真將增加。電壓反饋放大器，如積分器，被設(shè)計(jì)在直流和低頻率處具有大的A(s)，然后隨著1/f在規(guī)定高頻點(diǎn)趨向于1而發(fā)生滾降。隨著A(s)的滾降，環(huán)路增益下降，失真增加。因此諧波失真參數(shù)是A(s)的倒數(shù)。

電流反饋放大器將誤差電流用作反饋信號(hào)。誤差電流被乘以一個(gè)大的前向互阻T(s)而轉(zhuǎn)換成輸出電壓，然后通過(guò)反饋系數(shù)1/RF將輸出電壓轉(zhuǎn)換成反饋電流，以便使輸入誤差電流最小。因此理想的電流反饋放大器的環(huán)路增益是T(s)×(1/ RF)=T(s)/ RF。同A(s)一樣，T(s)也有一個(gè)大的直流值，并隨著頻率的增加而滾降，從而降低環(huán)路增益，增加諧波失真。

環(huán)路增益還直接取決于反饋系數(shù)1/RF。理想電流反饋放大器的環(huán)路增益并不取決于閉環(huán)電壓增益，因此諧波性能不會(huì)隨著閉環(huán)增益的增加而下降。在實(shí)際的電流反饋放大器中，環(huán)路增益確實(shí)某種程度上取決于閉環(huán)增益，但不會(huì)達(dá)到電壓反饋放大器中那樣的程度。 因此對(duì)于高閉環(huán)增益和低失真的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，電流反饋放大器，比如 ADA4927, 是比電壓反饋放大器更好的選擇。從圖17可以看出隨著閉環(huán)增益的增加失真性能保持得有多好。

圖17：失真與頻率和增益的關(guān)系。

帶寬和壓擺率
帶寬和壓擺率在ADC驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中特別重要。一般情況下，器件的帶寬是指小信號(hào)帶寬，而壓擺率衡量的是大信號(hào)擺幅時(shí)放大器輸出端的最大變化率。

EUBW(有效可用帶寬)，一個(gè)類(lèi)似于ENOB(有效位數(shù))的首字母縮略詞，用于描述帶寬。許多ADC驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)放自稱(chēng)有很寬的帶寬指標(biāo)，但并不是所有帶寬都是可用的。例如，-3dB帶寬是測(cè)量帶寬的一種傳統(tǒng)方法，但它并不意味著所有帶寬是可用的。-3dB帶寬的幅度和相位誤差的使用比實(shí)際“截止”頻率要早十年。那么什么是放大器的EUBW？如何確定它的大??？確定可用帶寬的一個(gè)極好方法是查詢(xún)數(shù)據(jù)手冊(cè)上的失真圖。

圖18表明，為了使二次和三次諧波保持大于-80dBc，這個(gè)ADC驅(qū)動(dòng)器不應(yīng)用于超過(guò)60MHz的頻率。由于每個(gè)應(yīng)用都不盡相同，系統(tǒng)要求將成為具有足夠帶寬和足夠失真性能的合適驅(qū)動(dòng)器的選擇準(zhǔn)則。

圖18：ADA4937電流反饋型ADC驅(qū)動(dòng)器的失真曲線(xiàn)。

壓擺率，一種大信號(hào)參數(shù)，指的是放大器輸出在沒(méi)有過(guò)高失真的情況下能夠跟蹤輸入的最大變化率。以壓擺率考慮正弦波輸出：

(34)

公式34在過(guò)零點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)(變化率)即最大變化率，它等于：

(35)

其中dv/dt max是壓擺率，Vp是峰值電壓，f等于滿(mǎn)功率帶寬(FPBW)。推算FPBW：

(36)

因此，在選擇ADC驅(qū)動(dòng)器時(shí)，重點(diǎn)要考慮增益、帶寬和壓擺率(FPBW)，以確定放大器是否足夠滿(mǎn)足應(yīng)用要求。

穩(wěn)定性
關(guān)于差分ADC驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定性考慮與運(yùn)放是一樣的，關(guān)鍵參數(shù)是相位余量。 雖然特定放大器配置的相位余量可以從數(shù)據(jù)手冊(cè)中獲取，但在實(shí)際系統(tǒng)中由于PCB版圖中的寄生效應(yīng)這個(gè)相位余量會(huì)有顯著降低。

負(fù)電壓反饋放大器的穩(wěn)定性取決于其環(huán)路增益的大小和符號(hào)，A(s)×β。差分ADC驅(qū)動(dòng)器要比典型的運(yùn)放電路稍微復(fù)雜一點(diǎn)，因?yàn)樗袃蓚€(gè)反饋系數(shù)。在公式7和公式8的分母中可以見(jiàn)到環(huán)路增益。公式37提供了在反饋系數(shù)不匹配(β1≠β2)情況下的環(huán)路增益。

(37)

當(dāng)反饋系數(shù)不匹配時(shí)，有效反饋系數(shù)是兩個(gè)反饋系數(shù)的簡(jiǎn)單平均值。當(dāng)它們匹配并被定義為β時(shí)，環(huán)路增益可以簡(jiǎn)化為A(s)×β。要想使反饋放大器穩(wěn)定，其環(huán)路增益不允許等于-1(相當(dāng)于相位偏移-180°、幅度為1)。對(duì)于電壓反饋放大器來(lái)說(shuō)，其開(kāi)環(huán)增益頻率圖上環(huán)路增益值等于1(即0dB)的點(diǎn)正是A(s)值等于反饋系數(shù)倒數(shù)的地方。

對(duì)于基本的放大器應(yīng)用，反饋是純阻性的，在反饋環(huán)路中不會(huì)引入相位偏移。在反饋系數(shù)匹配的情況下，與頻率無(wú)關(guān)的反饋系數(shù)倒數(shù)1+RF/RG通常被稱(chēng)為噪聲增益。如果將以dB為單位的恒定噪聲增益與開(kāi)環(huán)增益A(s)繪制在同一張圖上，那么兩條曲線(xiàn)的交叉點(diǎn)就是環(huán)路增益為1或0dB的地方。在這個(gè)頻率點(diǎn)的A(s)相位與-180°之間的差值被定義為相位余量。為了穩(wěn)定工作，這個(gè)相位余量應(yīng)大于或等于45°。圖19給出了RF/RG=1(噪聲增益=2)時(shí)ADA4932的單位環(huán)路增益點(diǎn)和相位余量。

圖19：ADA4932開(kāi)環(huán)增益幅度和相位與頻率的關(guān)系。