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將寬帶互補(bǔ)DAC輸出轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)的高CMRR電路，無(wú)需精密電阻

時(shí)間：2011-01-10 12:20:41

關(guān)鍵字：寬帶 DAC 信號(hào) 電路

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[導(dǎo)讀]電路功能與優(yōu)勢(shì)將寬帶DAC互補(bǔ)電流輸出轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)的傳統(tǒng)方法是使用中心抽頭變壓器，或者在差分轉(zhuǎn)單端配置中使用一個(gè)單通道運(yùn)算放大器。然而，變壓器的低頻非線(xiàn)性可能會(huì)限制其在DC附近使用；運(yùn)算放大器方法則要求電

電路功能與優(yōu)勢(shì)
將寬帶DAC互補(bǔ)電流輸出轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)的傳統(tǒng)方法是使用中心抽頭變壓器，或者在差分轉(zhuǎn)單端配置中使用一個(gè)單通道運(yùn)算放大器。然而，變壓器的低頻非線(xiàn)性可能會(huì)限制其在DC附近使用；運(yùn)算放大器方法則要求電阻嚴(yán)格匹配，以提供直流共模抑制、負(fù)載阻抗和互補(bǔ)DAC輸出之間的增益匹配。如果匹配有誤差，則最終輸出也會(huì)產(chǎn)生誤差。本電路利用差分接收放大器AD8130實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的差分轉(zhuǎn)單端功能，無(wú)需使用昂貴的精密電阻，從而以更少的元件提供更高的精度。
AD8130還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即具有業(yè)界領(lǐng)先的交流共模抑制性能（10 MHz時(shí)為70 dB）?？梢岳眠@一特性抑制DAC數(shù)字地層與接收器模擬地層之間的噪聲，這是此類(lèi)混合信號(hào)應(yīng)用的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。

圖1. 用接收器AD8130實(shí)現(xiàn)高速TxDAC差分轉(zhuǎn)單端（原理示意圖，未顯示去耦和所有連接）

     電路描述
     本電路采用20 mA互補(bǔ)電流輸出、低功耗、14位、125 MSPS、雙通道TxDAC®數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9117和低成本、270 MHz差分接收放大器AD8130。
     通過(guò)改變FSADJI或FSADJQ與地之間的電阻值，可以在4 mA至20 mA范圍內(nèi)調(diào)整AD9117的滿(mǎn)量程輸出電流。本例使能了內(nèi)部電阻選項(xiàng)，并將其設(shè)置為1.6 kΩ，以便提供最大20 mA電流輸出。該配置要求將0b10100000寫(xiě)入AD9117的寄存器IRSET和QRSET?；パa(bǔ)電流輸出采用49.9 Ω外部電阻端接，以產(chǎn)生差分電壓。采用滿(mǎn)量程數(shù)字輸入擺幅時(shí)，這些電阻上產(chǎn)生的電壓彼此相差180°，大小介于0 V至1 V之間，因此峰峰值差分輸出電壓為2 V。一個(gè)47 pF電容與這些負(fù)載電阻并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)68 MHz一階重構(gòu)濾波器，并衰減奈奎斯特帶寬之外的鏡像。與AD8130輸入引腳串聯(lián)的兩個(gè)49.9 Ω電阻可改善電路的整體失真性能。共模輸出引腳CMLI和CMLQ可以用來(lái)提供附加偏移，但本例中未使用，而是將其接地。
     AD8130是一款理想的互補(bǔ)產(chǎn)品，因?yàn)樗休^大的平衡輸入阻抗，可以將差分輸入輕松轉(zhuǎn)換為單端格式，并具有出色的交流共模抑制性能，如圖2所示。

圖2. AD8130共模抑制

     AD8130帶寬為270 MHz，支持AD9117在最大更新速率125 MSPS時(shí)產(chǎn)生的最高達(dá)約40 MHz的DAC輸出頻率。
     本例中，AD8130的增益設(shè)置為1（RF，省去RG）。不過(guò)，只需改變RF/RG比，就能調(diào)整增益。電源設(shè)置為±5 V，但如果輸出端需要更大擺幅，可以將其提高至最大±12 V。
     為使本電路正常工作，必須考慮與DAC和運(yùn)算放大器相關(guān)的裕量問(wèn)題。DAC輸出電壓需保持在其規(guī)格范圍內(nèi)，防止內(nèi)部電路引入失真。當(dāng)DAC VDD = 3.3 V且VCM = 0 V時(shí)，AD9117輸出必須小于±1 V，這可以通過(guò)49.9 Ω負(fù)載電阻和20 mA滿(mǎn)量程電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)放大器輸出端負(fù)載為1 kΩ時(shí)，AD8130要求1 V的電源電壓裕量；因此，當(dāng)采用±5 V電源時(shí)，輸出擺幅不能超過(guò)±4 V。
     諧波失真是本設(shè)計(jì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。圖3和圖4分別顯示了整個(gè)電路(AD9117 + AD8130)的二次和三次諧波失真測(cè)量結(jié)果，以及AD9117本身的諧波失真。測(cè)量在A(yíng)D8130的增益設(shè)置為1（RF = 0，省去RG）的條件下進(jìn)行。

圖3. 電路的二次諧波失真(G = 1)

圖4. 電路的三次諧波失真(G = 1)

     如果時(shí)域應(yīng)用需要更快的上升/下降時(shí)間，可以通過(guò)減小電容值來(lái)提高重構(gòu)濾波器的截止頻率。不過(guò)，與AD9117 DAC的內(nèi)在性能相比，AD8130的270 MHz帶寬會(huì)限制上升/下降時(shí)間和建立時(shí)間。該電路仍然可以在3次DAC更新(125 MSPS)的時(shí)間內(nèi)建立。
     0.1 μF電容對(duì)AD9917內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源去耦。應(yīng)將一個(gè)0.1 μF低電感陶瓷去耦電容（圖1未顯示）與VDD相連，并使其非?？拷麬D9117。
     將AD8130的引腳4和RG（圖2中顯示為G2）連接到一個(gè)失調(diào)電壓(VOFF)，可以獨(dú)立于放大器增益來(lái)調(diào)整AD8130的輸出電壓失調(diào)，使其值不為0 V。該配置中，VOFF出現(xiàn)在單位增益輸出端，而AD8130的增益仍然為1+RF/RG。
     為了使本文所討論的電路達(dá)到理想的性能，必須采用出色的布線(xiàn)、接地和去耦技術(shù)。至少應(yīng)采用四層PCB：一層為接地層，一層為電源層，另兩層為信號(hào)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)去耦至接地層（為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，圖中未顯示），并應(yīng)遵循各IC數(shù)據(jù)手冊(cè)和教程MT-101的相關(guān)建議。
     常見(jiàn)變化
     只要將輸出頻率保持在A(yíng)D8130的帶寬范圍內(nèi)，就可以在本配置中使用其它TxDAC IC，例如AD9707、AD9717、AD9767或AD9744。

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