用于單電源ADC直流耦合單端到差分緩沖器
[導(dǎo)讀]將單電源供電的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的單端輸入信號(hào)直流（DC）耦合到差分輸入端可能很有挑戰(zhàn)性。
將單電源供電的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的單端輸入信號(hào)直流（DC）耦合到差分輸入端可能很有挑戰(zhàn)性。輸入信號(hào)需要從地電平移到Vs/2，并且完成信號(hào)從單端輸入到差分輸入的變換。另外，ADC的兩個(gè)差分輸入端之間必須均衡以便抵消偶數(shù)次諧波和共模噪聲。系統(tǒng)通常需要不能將注入的DC偏置電流返回給信號(hào)源這樣的信號(hào)變換。另外，處理大動(dòng)態(tài)范圍(12 bit 和14 bit ADC)的寬帶信號(hào)也會(huì)增加電路的復(fù)雜性。
寬帶放大器（例如AD8351）能解決幾乎所有上述問(wèn)題，但其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方法需要使用交流（AC）耦合。這種設(shè)計(jì)思想描述了一種新的電路，它通過(guò)使用外部DC反饋環(huán)路消除這一要求。它還允許通帶的低端擴(kuò)展到DC。
該電路基本原理是圖1所示的簡(jiǎn)單的電平移動(dòng)電路。在Vs和信號(hào)源之間連接兩個(gè)串聯(lián)電阻器，將信號(hào)衰減到一半并偏置到Vs/2。中心抽頭被緩沖，然后可由單邊電源電路處理。在信號(hào)源端和數(shù)值相等的負(fù)電源之間也連接兩個(gè)串聯(lián)電阻器以抵消來(lái)自信號(hào)源端的DC偏置電流。
圖1. AC信號(hào)電平移動(dòng)電路
圖2所示的電路通過(guò)用相互跟蹤的精密+DC電平替代+Vs電源電壓的方法擴(kuò)展了上述簡(jiǎn)單概念。另外，通過(guò)用數(shù)量加倍的電平移動(dòng)電阻器實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)。通過(guò)從放大器的共模電壓中減去2.4 V ADC參考信號(hào)產(chǎn)生+DC電平，其中共模電壓是由兩個(gè)放大器通過(guò)相等阻值電阻器的輸出相加后產(chǎn)生的。對(duì)這個(gè)差值信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和反向以產(chǎn)生+DC電平。大約為1040的DC反饋環(huán)路增益允許放大器可以在ADC VREF信號(hào)為
的范圍內(nèi)跟蹤輸出共模電壓。
圖2．寬帶DC耦合單端到差分緩沖器
增加的外部DC反饋路徑使得VOCM引腳開(kāi)路并且對(duì)地去耦，禁止AD8351的內(nèi)部反饋路徑。
電平移動(dòng)電阻器被設(shè)置成1.09:1的比率，以便將所需要的+DC電平擺幅減小到
。使用具有優(yōu)良跟蹤性能的精確網(wǎng)絡(luò)以確證良好的CMRR，并且將注入到信號(hào)源端的DC偏置電流減到最小。我們?yōu)閁2選擇一個(gè)滿電源擺幅（R-R）反饋放大器，從而允許使用±5 V電源。余下的電路由+5V電源供電。
電阻器Rg用于調(diào)節(jié)整個(gè)前端的增益。對(duì)0 dB前端增益來(lái)說(shuō)，帶寬擴(kuò)大到1 GHz以上，如圖3所示。要求的增益確定后，調(diào)整電阻器Rf使得輸入到ADC的兩個(gè)差分信號(hào)均衡。Rg和Rf對(duì)應(yīng)不同增益的典型值如表1所示。
寬帶放大器（例如AD8351）能解決幾乎所有上述問(wèn)題，但其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方法需要使用交流（AC）耦合。這種設(shè)計(jì)思想描述了一種新的電路，它通過(guò)使用外部DC反饋環(huán)路消除這一要求。它還允許通帶的低端擴(kuò)展到DC。
該電路基本原理是圖1所示的簡(jiǎn)單的電平移動(dòng)電路。在Vs和信號(hào)源之間連接兩個(gè)串聯(lián)電阻器，將信號(hào)衰減到一半并偏置到Vs/2。中心抽頭被緩沖，然后可由單邊電源電路處理。在信號(hào)源端和數(shù)值相等的負(fù)電源之間也連接兩個(gè)串聯(lián)電阻器以抵消來(lái)自信號(hào)源端的DC偏置電流。
圖1. AC信號(hào)電平移動(dòng)電路
圖2所示的電路通過(guò)用相互跟蹤的精密+DC電平替代+Vs電源電壓的方法擴(kuò)展了上述簡(jiǎn)單概念。另外，通過(guò)用數(shù)量加倍的電平移動(dòng)電阻器實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)。通過(guò)從放大器的共模電壓中減去2.4 V ADC參考信號(hào)產(chǎn)生+DC電平，其中共模電壓是由兩個(gè)放大器通過(guò)相等阻值電阻器的輸出相加后產(chǎn)生的。對(duì)這個(gè)差值信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和反向以產(chǎn)生+DC電平。大約為1040的DC反饋環(huán)路增益允許放大器可以在ADC VREF信號(hào)為
的范圍內(nèi)跟蹤輸出共模電壓。 圖2．寬帶DC耦合單端到差分緩沖器
增加的外部DC反饋路徑使得VOCM引腳開(kāi)路并且對(duì)地去耦，禁止AD8351的內(nèi)部反饋路徑。
電平移動(dòng)電阻器被設(shè)置成1.09:1的比率，以便將所需要的+DC電平擺幅減小到
。使用具有優(yōu)良跟蹤性能的精確網(wǎng)絡(luò)以確證良好的CMRR，并且將注入到信號(hào)源端的DC偏置電流減到最小。我們?yōu)閁2選擇一個(gè)滿電源擺幅（R-R）反饋放大器，從而允許使用±5 V電源。余下的電路由+5V電源供電。 電阻器Rg用于調(diào)節(jié)整個(gè)前端的增益。對(duì)0 dB前端增益來(lái)說(shuō)，帶寬擴(kuò)大到1 GHz以上，如圖3所示。要求的增益確定后，調(diào)整電阻器Rf使得輸入到ADC的兩個(gè)差分信號(hào)均衡。Rg和Rf對(duì)應(yīng)不同增益的典型值如表1所示。
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Rg |
Rf |
前端增益 |
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56.2 Ω |
1540Ω |
12 dB |
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154 Ω |
698 Ω |
6 dB |
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1000 Ω |
316 Ω |
0 dB |
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表1 —— 增益和平衡電阻值 | ||
64.9歐姆（Ω）電阻器提供50Ω的源阻抗。從放大器端看，28Ω電阻器提供平衡輸入。用64.9Ω電阻器替換28Ω電阻器，再將另外的反相輸入信號(hào)接入新的64.9Ω電阻器和2個(gè)240Ω電平移動(dòng)電阻器，這樣就獲得了一個(gè)差分輸入信號(hào)結(jié)構(gòu)。這種差分輸入信號(hào)結(jié)構(gòu)可以去掉Rf。
<Translation of Figure 3>
Frequency-MHz=頻率 (MHz)
Front-End Gain-dB= 前端增益(dB) 
圖3. 1 kΩ復(fù)載條件下的頻率響應(yīng)
本設(shè)計(jì)中保留了AD8351放大器優(yōu)良的失真性能，從而允許它驅(qū)動(dòng)12 bit 和14 bit ADC時(shí)能使ADC的動(dòng)態(tài)范圍減小最小（見(jiàn)圖4）。
<Translation of Figure 4>
Frequency-MHz=頻率 (MHz)
Harmonic Distotion-dBfs= 諧波失真(dB FS)
2nd=二次諧波
3rd=三諧波 
圖4. 諧波失真與頻率響應(yīng)的關(guān)系曲線
-1 dB FS輸入AD6645 @80 MHz
欲了解更多信息，可訪問(wèn)www.analog.com/TechArticle_Buffer-SingleSupplyADCs
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