LT1993-10：低失真、低噪聲差分放大器/ADC驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于高質(zhì)量、高性能的差分放大器和ADC驅(qū)動(dòng)器的需求日益增長(zhǎng)。今天我們就來(lái)深入了解一下ADI公司的LT1993 - 10，這是一款在DC至700MHz頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出色的低失真、低噪聲差分放大器/ADC驅(qū)動(dòng)器。

文件下載：LT1993-10.pdf

一、關(guān)鍵特性分析

1. 帶寬與增益

• 帶寬：擁有700MHz的 - 3dB帶寬，能夠滿(mǎn)足許多高頻應(yīng)用的需求，確保信號(hào)在較寬的頻率范圍內(nèi)都能得到良好的處理。
• 增益：固定增益為10V/V（20dB），并且該增益獨(dú)立于負(fù)載電阻(R_{LOAD})，這為設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的便利性，工程師無(wú)需過(guò)多考慮負(fù)載對(duì)增益的影響。

2. 失真與噪聲性能

• 失真：在不同頻率下都展現(xiàn)出了極低的失真特性。例如，在70MHz、(2V{p - p})輸入時(shí)，OIP3可達(dá)40dBm，HD3為 - 70dBc；在10MHz、(2V{p - p})輸入時(shí)，OIP3為50.5dBm，HD3為 - 91dBc。這樣低的失真度能夠有效保證信號(hào)的質(zhì)量，減少干擾。
• 噪聲：噪聲系數(shù)低至12.7dB，輸入?yún)⒖荚肼曤妷好芏?e_{n}=1.9nV/sqrt{Hz})，可以在信號(hào)處理過(guò)程中最大程度地減少噪聲的引入，提高系統(tǒng)的信噪比。

3. 輸入輸出特性

• 輸入：采用差分輸入方式，具有100Ω的差分輸入阻抗，并且支持DC或AC耦合操作。輸入可以是單端或差分信號(hào)，性能幾乎無(wú)差異，同時(shí)還能獨(dú)立設(shè)置輸入的DC電平。
• 輸出：有普通未濾波輸出（+OUT和 - OUT）和內(nèi)置175MHz差分低通濾波的輸出（+OUTFILTERED和 - OUTFILTERED）可供選擇。輸出的共模電壓可以通過(guò)(V_{OCM})引腳輕松設(shè)置，許多應(yīng)用中無(wú)需輸出變壓器或AC耦合電容。

4. 其他特性

• 封裝小巧：采用0.75mm高的16引腳3×3 QFN封裝，節(jié)省了電路板空間，適合用于對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)。
• 低功耗：在5V電源下工作，僅消耗100mA電流，并且具有使能引腳，當(dāng)使能引腳為高電平時(shí)，器件處于禁用狀態(tài)，此時(shí)僅消耗250μA電流，可有效降低功耗。

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 差分ADC驅(qū)動(dòng)

LT1993 - 10專(zhuān)為與高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）直接接口而設(shè)計(jì)。許多高速ADC具有差分輸入，輸入阻抗通常為1kΩ或更高，LT1993 - 10的未濾波和濾波輸出都能輕松驅(qū)動(dòng)這些高阻抗輸入的差分ADC。若使用濾波輸出，還可根據(jù)具體應(yīng)用調(diào)整截止頻率和濾波器類(lèi)型。

2. 單端轉(zhuǎn)差分

其內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得在單端輸入時(shí)的性能與差分輸入時(shí)相當(dāng)。當(dāng) + INA和 + INB引腳輸入單端信號(hào)，而 - INA和 - INB引腳接地時(shí)，+ OUT和 - OUT引腳能實(shí)現(xiàn)差分輸出，避免了傳統(tǒng)拓?fù)渲杏晒材?a href="http://m.makelele.cn/tags/放大器/" target="_blank">放大器帶來(lái)的性能限制。

3. 寬帶應(yīng)用

在需要使用LT1993 - 10全帶寬的應(yīng)用中，可使用未濾波輸出引腳（+ OUT和 - OUT）。這些引腳輸出阻抗低，增益不受輸出負(fù)載影響。不過(guò)，直接在未濾波輸出端放置超過(guò)5pF的電容會(huì)導(dǎo)致額外的峰值并降低性能。在直接驅(qū)動(dòng)ADC時(shí)，建議在輸出端與ADC輸入端之間添加一個(gè)10Ω至25Ω的小串聯(lián)電阻，以消除與ADC輸入或LT1993 - 10輸出的鍵合線電感相關(guān)的共振。

4. 濾波應(yīng)用

為了提供抗混疊或改善信噪比，通常需要在輸出端進(jìn)行濾波。LT1993 - 10提供了一對(duì)額外的差分濾波輸出（+ OUTFILTERED和 - OUTFILTERED），內(nèi)置了一個(gè) - 3dB帶寬為175MHz的低通濾波器網(wǎng)絡(luò)。用戶(hù)還可以通過(guò)添加少量外部組件輕松修改濾波器的截止頻率，實(shí)現(xiàn)低通、帶通等不同類(lèi)型的濾波。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

1. 輸入阻抗匹配

由于內(nèi)部反饋網(wǎng)絡(luò)的存在，LT1993 - 10的輸入阻抗計(jì)算較為復(fù)雜。差分驅(qū)動(dòng)時(shí)輸入阻抗為100Ω，單端驅(qū)動(dòng)時(shí)為85.9Ω。對(duì)于單端50Ω應(yīng)用，可使用一個(gè)121Ω的并聯(lián)匹配電阻接地來(lái)實(shí)現(xiàn)正確的輸入端接；對(duì)于差分輸入，若輸入源為50Ω差分，可通過(guò)在輸入端跨接一個(gè)100Ω的并聯(lián)電阻或在每個(gè)輸入端接地一個(gè)49.9Ω的并聯(lián)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入匹配。

2. 輸出濾波調(diào)整

• 增加帶寬：若要增加濾波器的截止頻率，可在 + OUT和 + OUTFILTERED之間以及 - OUT和 - OUTFILTERED之間各添加一個(gè)相等阻值的電阻。例如，添加兩個(gè)25Ω的外部電阻可將濾波器帶寬翻倍。
• 減小帶寬：要減小濾波器帶寬，可從 + OUTFILTERED和 - OUTFILTERED分別接地添加兩個(gè)外部電容，或者在兩個(gè)濾波輸出端之間添加一個(gè)差分電容。例如，添加兩個(gè)36pF的電容（每個(gè)濾波輸出端接地一個(gè)）或一個(gè)18pF的差分電容可將濾波器帶寬減半。
• 帶通濾波：通過(guò)在 + OUTFILTERED和 - OUTFILTERED之間差分添加一個(gè)120pF的電容和一個(gè)39nH的電感，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)中心頻率為71MHz、 - 3dB點(diǎn)為55MHz和87MHz、插入損耗為1.6dB的帶通濾波器。

3. 輸出共模電壓調(diào)整

輸出共模電壓由(V{OCM})引腳設(shè)置，該引腳是一個(gè)高阻抗輸入，可將輸出共模電壓設(shè)置在1.1V至3.6V的范圍內(nèi)。為獲得最佳失真性能，(V{OCM})引腳的電壓應(yīng)在1.8V至2.6V之間。在與大多數(shù)ADC接口時(shí)，需根據(jù)ADC的情況進(jìn)行相應(yīng)的連接和處理。例如，對(duì)于5V的ADC，可將其(V{OCM})輸出引腳直接連接到LT1993 - 10的(V{OCM})引腳，并添加一個(gè)0.1μF的電容；對(duì)于3V的ADC，可通過(guò)電阻分壓器將其(V_{CM})參考電壓提升至至少1.8V，以改善無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）和失真性能。

4. 輸入偏置

輸入引腳內(nèi)部偏置到(V{OCM})引腳的電壓，即使在AC耦合操作時(shí)也無(wú)需外部偏置電阻。輸入偏置電流由輸入共模電壓與(V{OCM})引腳電壓之間的差值決定，差值會(huì)在100Ω電阻上產(chǎn)生輸入偏置電流。

四、總結(jié)

LT1993 - 10是一款性能卓越的差分放大器/ADC驅(qū)動(dòng)器，具有寬帶寬、低失真、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，并且在輸入輸出特性、濾波功能、共模電壓調(diào)整等方面都為工程師提供了很大的設(shè)計(jì)靈活性。無(wú)論是在通信、成像還是其他需要高性能信號(hào)處理的領(lǐng)域，LT1993 - 10都能成為一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理利用其各項(xiàng)特性，并注意輸入阻抗匹配、濾波調(diào)整、共模電壓設(shè)置等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，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)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。