低電壓ADC的超低噪聲驅(qū)動(dòng)器ADA4930-1/ADA4930-2：高性能之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，低電壓ADC的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而與之匹配的高性能驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解一下Analog Devices推出的超低噪聲驅(qū)動(dòng)器ADA4930-1/ADA4930-2。

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一、產(chǎn)品概述

ADA4930-1/ADA4930-2是非常低噪聲、低失真、高速的差分放大器。它們是驅(qū)動(dòng)1.8V高性能ADC（分辨率高達(dá)14位，頻率范圍從直流到70MHz）的理想選擇。其可調(diào)節(jié)的輸出共模電壓能使其與ADC的輸入相匹配，內(nèi)部共模反饋環(huán)路則提供了出色的輸出平衡、偶次諧波失真抑制和直流電平轉(zhuǎn)換功能。

二、產(chǎn)品特性

（一）低噪聲與低失真

• 低輸入電壓噪聲：僅為1.2 nV/√Hz，能有效降低系統(tǒng)噪聲，提高信號(hào)質(zhì)量。
• 極低的諧波失真：在不同頻率下，HD2和HD3的失真都非常低。例如，在10MHz時(shí)，HD2為 -104 dBc，HD3為 -101 dBc；在70MHz時(shí)，HD2為 -79 dBc，HD3為 -82 dBc；在100MHz時(shí)，HD2為 -73 dBc，HD3為 -75 dBc。

（二）高速性能

• -3 dB帶寬：高達(dá)1.35 GHz（G = 1），能滿足高頻信號(hào)處理的需求。
• 壓擺率：達(dá)到3400 V/μs（25% - 75%），可快速響應(yīng)信號(hào)變化。
• 0.1 dB增益平坦度：可延伸至380 MHz，保證了在較寬頻率范圍內(nèi)的增益穩(wěn)定性。
• 快速過(guò)驅(qū)動(dòng)恢復(fù)：僅需1.5 ns，能迅速?gòu)倪^(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)恢復(fù)正常工作。

（三）其他特性

• 典型失調(diào)電壓低：僅為0.5 mV，減少了誤差。
• 外部可調(diào)增益：通過(guò)簡(jiǎn)單的四個(gè)電阻組成的外部反饋網(wǎng)絡(luò)，可輕松實(shí)現(xiàn)不同的增益配置。
• 多種工作模式：支持差分 - 差分或單端 - 差分操作。
• 可調(diào)節(jié)輸出共模電壓：能適應(yīng)不同ADC的輸入要求。
• 單電源供電：可使用3.3V或5V電源，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

• ADC驅(qū)動(dòng)器：為ADC提供低噪聲、低失真的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，提高ADC的性能。
• 單端 - 差分轉(zhuǎn)換器：將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，適用于需要差分信號(hào)處理的系統(tǒng)。
• IF和基帶增益模塊：在中頻和基帶信號(hào)處理中提供增益。
• 差分緩沖器：用于緩沖差分信號(hào)，增強(qiáng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。
• 線路驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)線路上的信號(hào)傳輸。

四、技術(shù)參數(shù)詳解

（一）不同電源電壓下的性能

1. 3.3V工作條件

在 (V{S}=3.3 ~V{t})，(V{ICM}=0.9 ~V)，(V{OCM}=0.9 ~V)，(R{F}=301 Omega)，(R{G}=301 Omega)，(R{L.dm}=1 k Omega) 等條件下，具有良好的性能表現(xiàn)。例如，壓擺率為2877 V/μs，建立時(shí)間到0.1%（(V{O,dm}=2 V) 階躍，(R{L}=200 Omega)）為6.3 ns，過(guò)驅(qū)動(dòng)恢復(fù)時(shí)間（(G = 3)，(V{IN,dm}=0.7 V_{p - p}) 脈沖）為1.5 ns等。

2. 5V工作條件

在 (V{S}=5 ~V{t}) 等條件下，性能更加出色。-3 dB小信號(hào)帶寬為1350 MHz，壓擺率為3400 V/μs，在不同頻率下的諧波失真和互調(diào)失真性能也優(yōu)于3.3V工作條件。

（二）絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓：最大為5.5V，使用時(shí)需注意電源電壓的穩(wěn)定性，避免超過(guò)該值損壞器件。
• 功耗：其最大安全功耗受結(jié)溫（(T_{J})）限制，當(dāng)結(jié)溫接近150°C（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）時(shí)，塑料特性會(huì)改變，可能導(dǎo)致器件性能永久變化。
• 溫度范圍：存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C到 +125°C，工作溫度范圍為 -40°C到 +105°C。

（三）熱阻與功耗

不同封裝的熱阻不同，16引腳LFCSP（外露焊盤）為98 °C/W，24引腳LFCSP（外露焊盤）為67 °C/W。在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，可通過(guò)增加氣流、使用金屬連接等方式降低熱阻，提高散熱效率。

五、電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）閉環(huán)增益設(shè)置

通過(guò)外部四個(gè)電阻組成的反饋網(wǎng)絡(luò)可輕松實(shí)現(xiàn)不同的閉環(huán)增益。例如，當(dāng) (R{F}=R{G}) 時(shí)，增益為1；當(dāng) (R{F}=2R{G}) 時(shí)，增益為2 。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需根據(jù)具體需求選擇合適的電阻值。

（二）輸出噪聲電壓估算

輸出噪聲電壓可通過(guò)輸入?yún)⒖荚肼曤妷好芏取⒃肼?a href="http://m.makelele.cn/tags/電流/" target="_blank">電流等因素進(jìn)行估算。在匹配的反饋網(wǎng)絡(luò)中，可根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算輸出噪聲密度。同時(shí)，要注意反饋網(wǎng)絡(luò)的匹配程度，避免因不匹配導(dǎo)致額外的噪聲。

（三）輸入共模電壓范圍

輸入共模電壓范圍在 (V_{s}=3.3 ~V) 時(shí)為0.3 V到1.5 V，為避免非線性，+IN和 -IN 端子的電壓擺幅必須限制在該范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)信號(hào)源和偏置電路時(shí)，要確保輸入電壓在該范圍內(nèi)。

（四）布局、接地和旁路

作為高速器件，ADA4930-1/ADA4930-2的性能實(shí)現(xiàn)需要注意高速PCB設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。

• 多層PCB：使用具有實(shí)心接地和電源平面的多層PCB，盡可能覆蓋更多的板面積。
• 旁路電容：每個(gè)電源引腳直接旁路到附近的接地平面，使用0.1 μF高頻陶瓷芯片電容進(jìn)行高頻旁路，使用10 μF鉭電容進(jìn)行低頻大容量旁路。
• 信號(hào)路由：信號(hào)路由應(yīng)短而直接，避免寄生效應(yīng)。對(duì)于互補(bǔ)信號(hào)，提供對(duì)稱布局以最大化平衡性能。
• 射頻傳輸線：使用射頻傳輸線連接驅(qū)動(dòng)器和接收器到放大器。
• 減少雜散電容：通過(guò)清除輸入/輸出引腳下方的接地和低阻抗平面，減少雜散電容。

六、應(yīng)用案例

（一）驅(qū)動(dòng)AD9255 ADC

在驅(qū)動(dòng)AD9255（14位，80 MSPS ADC）的電路中，ADA4930-1配置為單端輸入到差分輸出，增益為2 V/V。通過(guò)合理設(shè)置電阻和偏置電壓，確保輸入在規(guī)定的共模電壓范圍內(nèi)。同時(shí)，將VOCM引腳連接到AD9255的VCM輸出，設(shè)置輸出共模電壓為0.9 V。在信號(hào)源和增益電阻上添加直流偏置，保證ADA4930-1的輸入始終高于規(guī)定的最小輸入共模電壓。此外，在ADA4930-1和AD9255之間添加三階40 MHz低通濾波器，可減少放大器的噪聲帶寬，隔離驅(qū)動(dòng)器輸出和ADC輸入。

（二）驅(qū)動(dòng)AD9640 ADC

在驅(qū)動(dòng)AD9640（14位，80 MSPS ADC）的電路中，ADA4930-2同樣配置為單端輸入到差分輸出，增益為2 V/V。通過(guò)合理的電阻配置和直流偏置設(shè)置，確保輸入和輸出滿足要求。將VOCM引腳連接到AD9640的CML輸出，設(shè)置輸出共模電壓為1 V。同樣，在兩者之間添加三階40 MHz低通濾波器，優(yōu)化系統(tǒng)性能。

七、總結(jié)

ADA4930-1/ADA4930-2以其出色的低噪聲、低失真和高速性能，成為低電壓ADC驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)秀選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的系統(tǒng)需求，合理設(shè)置增益、輸出共模電壓等參數(shù)，同時(shí)注意PCB布局、接地和旁路等細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)一些特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。