本文所述電路采用雙通道、數字可編程、超低失真、高輸出線性度、可變增益放大器(VGA)AD8376AD9445 或 AD9246等高速ADC配合使用時,在100 MSPS以上、最大增益條件下,它可提供出色的SFDR(無雜散動態范圍)性能。
圖1:采用AD8376和AD9445的寬帶ADC接口示例
電路描述
該電路采用AD8376 VGA,能夠為AD9445等高速ADC提供可變增益、隔離和源阻抗匹配。利用該電路,當AD8376的增益為20 dB(最大增益)時,在100 MHz時的SFDR性能可達到86 dBc,如圖2所示。
圖2:圖1所示電路在100 MHz輸入信號、105 MSPS采樣速率時測得的單音性能
AD8376 VGA應通過寬帶1:1傳輸線巴倫(或阻抗變壓器)以差分方式驅動(來獲得最佳性能),緊跟巴倫的是接兩個37.4 Ω電阻,與AD8376的150 Ω輸入阻抗并聯。這樣就可實現與圖1所示50 Ω源阻抗的寬帶匹配。AD8376的開路集電極輸出通過兩個1 μH電感偏置,并交流耦合至兩個82 Ω負載電阻。這些82 Ω負載電阻與串聯端接的ADC阻抗并聯,產生150 Ω的差分負載阻抗,這是AD8376達到規定增益精度的推薦值。負載電阻通過AD9445交流耦合,以消除共模直流負載。借助33 Ω串聯電阻,可以改善AD8376與模數采樣保持輸入電路中存在的任何開關電流之間的隔離性能。
AD8376的輸出IP3(三階交調截點)和本底噪聲在24 dB可用增益范圍內基本保持穩定,這對于希望接收器增益改變時,瞬時動態范圍保持不變的可變增益接收器而言是一個重要的優點。輸出噪聲密度的典型值約為20 nV/√Hz,與14位至16位靈敏度極限相當。AD8376的雙音IP3性能典型值約為+50 dBm。因此,驅動14位、105 MSPS/125 MSPS模數轉換器AD9445時,在輸入頻率最高達140 MHz條件下,SFDR性能優于86 dBc。使用AD8376時,有多種配置方式可供設計人員選擇。開路集電極輸出能夠驅動多種不同負載。圖1顯示了一個簡化的寬帶接口,其中AD8376驅動AD9445。AD9445為14位、125 MSPS模數轉換器,具有緩沖寬帶輸入,由此產生2 kΩ||3 pF差分負載阻抗,要求具有2 V峰峰值差分輸入擺幅才能達到滿量程。在圖1中,加入串聯電感L(串聯)可擴展系統的帶寬,并具有響應平坦度。當L(串聯)為100 nH電感時,便可獲得圖3所示的寬帶系統響應。在預失真接收器設計和儀器儀表等寬帶應用中,寬帶頻率響應也是一個優勢。但是,若針對較寬的模擬輸入頻率范圍進行設計,由于高頻噪聲會混疊至目標奈奎斯特頻率區域,因此級聯SNR(信噪比)性能會有所下降。
圖3:圖1所示寬帶電路的頻率響應測量結果
常見變化
圖4提供了另一種窄帶方法。通過在AD8376與目標ADC之間設計一個窄帶通抗混疊濾波器,目標奈奎斯特頻率區域外的AD8376輸出噪聲得以衰減,有助于保持ADC的可用SNR性能。
圖4:無緩沖開關電容ADC輸入的窄帶IF采樣解決方案
一般而言,若用一個恰當階數的抗混疊濾波器時,SNR性能會提高數個dB。本例采用一個低損耗1:3(阻抗比)輸入變壓器,使AD8376的150 Ω平衡輸入與50 Ω不平衡源阻抗相匹配,從而將輸入的插入損耗降至最低。
圖4所示窄帶電路針對驅動ADI公司一些頗受歡迎的無緩沖輸入ADC進行了優化,如AD9246、AD9640 和 AD6655。
在圖1所示電路中,兩個37.4 Ω電阻均要求精度為1%(1/10瓦)。其它電阻的精度可以為10%(1/10瓦)。電容應為10%陶瓷芯片。在圖2所示電路中,兩個165 Ω電阻均要求精度為1%(1/10瓦)。其它電阻、電容和電感的精度可以為10%。
為了使本文所討論的電路達到理想的性能,必須采用出色的布線、接地和去耦技術。至少應采用四層PCB:一層為接地層,一層為電源層,另兩層為信號層。
所有IC電源引腳都必須采用0.01 μF至0.1 μF低電感多層陶瓷電容(MLCC),對接地層去耦(為簡明起見,圖中未顯示)。還應遵守“了解更多信息”部分中IC數據手冊的相關建議。
有關布線方式和關鍵元件位置建議,應查詢產品*估板。可以在器件的產品主頁上找到*估板(請查看“了解更多信息”部分)。
為了防止損壞AD8376的內部ESD保護二極管,數字輸入“A”和“B”以及ENBA、ENBB不應高于AD8376正電源電壓0.6 V以上,或高于地電壓0.6 V以下。如果驅動AD8376的邏輯電源從AD8376的供電電源獲得,則不會發生上述情況。AD8376采用雙極性工藝制造,不易閂鎖。
即使AD8376和AD9445(或其它ADC)采用不同電源供電,因為ADC的輸入信號為交流耦合信號,所以時序控制也不是問題。
關于AVDD和DVDD電源的正確時序(如果使用獨立的電源),應參考相應的ADC數據手冊。
表1:針對不同IF采樣頻率的接口濾波器建議值
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