如何選擇合適的放大器來保護(hù)ADC芯片

許多模擬系統(tǒng)必須以出色的保真度或低失真適應(yīng)非常大范圍的信號(hào)幅度。同時(shí)，一些信號(hào)鏈組件被過大的信號(hào)損壞。一個(gè)示例是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 輸入。對(duì)于像ADC16DV160這樣的高性能 ADC ，其中一個(gè) Vin 引腳上的絕對(duì)最大輸入電壓為 2.35-V。

ADC16DV160是一款單片雙通道高性能CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器，能夠以每秒160兆采樣率(MSPS)將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為16位數(shù)字字。該轉(zhuǎn)換器采用帶數(shù)字糾錯(cuò)的差分、流水線結(jié)構(gòu)和片上采樣保持電路，以最小化功耗和外部元件數(shù)量，同時(shí)提供優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能。自動(dòng)通電校準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)卓越的動(dòng)態(tài)性能，減少部件間的變化，并且ADC16DV160可隨時(shí)通過3線串行外圍接口(SPI)重新校準(zhǔn)。集成低噪聲、穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)和差分基準(zhǔn)緩沖放大器簡化了板級(jí)設(shè)計(jì)。具有低附加抖動(dòng)的片上占空比穩(wěn)定器允許寬范圍的輸入時(shí)鐘占空比，而不會(huì)影響動(dòng)態(tài)性能。獨(dú)特的采樣保持級(jí)可產(chǎn)生1.4 GHz的全功率帶寬。ADC16DV160和接收器塊之間的接口可以通過固定模式生成和輸出時(shí)鐘位置功能輕松驗(yàn)證和優(yōu)化。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過雙數(shù)據(jù)速率LVDS輸出提供–使68針10毫米x 10毫米VQFN封裝成為可能。ADC16DV160在+1.8V和+3.0V雙電源上工作，具有斷電功能，可將功耗降至極低水平，同時(shí)允許快速恢復(fù)到完全工作狀態(tài)。

由于 ADC 非常昂貴，而且修復(fù)損壞的設(shè)備成本更高，因此確保不超過此電壓水平非常重要。這意味著必須將前級(jí)設(shè)計(jì)為永遠(yuǎn)不會(huì)超過該電壓。

在這里，我們將討論如何保護(hù) ADC。

對(duì)于本例，我們將繼續(xù)使用 ADC16DV160。ADC 輸入共模電壓為 1.15V ± 0.05V。最大(線性)輸入信號(hào)為 2.4-Vpp 差分。2.4-Vpp 差分信號(hào)在每個(gè)輸入上為 1.2-Vpp。在正常工作條件下，每個(gè)引腳的擺幅不低于 1.15-V – 0.05-V-0.6-V = 0.5-V。同樣，擺幅上限為 1.15-V +0.05-V +0.6-V = 1.8-V。2.35V 的絕對(duì)最大電壓與正常工作范圍僅相差 0.55V。

進(jìn)一步來看，ADC16DV160 的 SFDR 或無雜散動(dòng)態(tài)范圍為 98dB，輸入音調(diào)為 -1DBFS。為了保持這種線性度，ADC 驅(qū)動(dòng)器需要有一個(gè) 18dBm 或更高的 P1dB 點(diǎn)。在 200 Ohm 輸入負(fù)載條件和 6dB 匹配損耗下，ADC 驅(qū)動(dòng)器能夠在 ADC 輸入端提供大約 5Vpp。這意味著 ADC 驅(qū)動(dòng)器能夠產(chǎn)生 2.45V 的正擺幅，該擺幅超過 ADC 絕對(duì)最大電壓，并有損壞 ADC 的風(fēng)險(xiǎn)。

解決這一難題的一種方法是使用帶有輸出鉗位的放大器，例如LMH6553，因?yàn)樗妮敵鲢Q位精度為 40m-V，恢復(fù)時(shí)間為 600ps。LMH6553 輸出鉗位設(shè)置為 2.1V，并且仍然可以輕松通過滿量程 ADC 信號(hào)。憑借 40mV 的精度，它還可以很好地鉗位在 2.35V 的絕對(duì)最大電壓之前。

下面可幫助說明 ADC 的輸入信號(hào)。顯示了一個(gè)正常的輸入信號(hào)，其中 ADC 工作在線性區(qū)域。一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是差分信號(hào)由兩個(gè)相反相位的單端信號(hào)組成。顯示了提供給 ADC 引腳的實(shí)際電壓的單端信號(hào)之一。該圖還包括差分輸入和輸出信號(hào)，并且在數(shù)學(xué)上以圖為中心，即使每個(gè)信號(hào)都有一個(gè)正共模電壓。

過驅(qū)動(dòng)輸入：展示如何通過鉗位動(dòng)作保護(hù) ADC

需要高速、低失真和電壓鉗位的模擬系統(tǒng)可以受益于像 LMH6553 這樣的鉗位放大器。通過使用鉗位放大器，可以保護(hù)敏感且昂貴的高性能 ADC。

LMH6553是一個(gè)900 MHz差分放大器，集成可調(diào)輸出限制鉗。夾鉗提高了系統(tǒng)性能，并為以下階段提供瞬態(tài)過電壓保護(hù)。LMH6553的內(nèi)部夾緊特性減少或消除了對(duì)外部離散過載保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的需要。當(dāng)用于驅(qū)動(dòng)ADC時(shí)，放大器的輸出鉗夾允許保護(hù)低壓ADC輸入，不被系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)的大輸入信號(hào)過度驅(qū)動(dòng)和損壞。600 ps的快速超速恢復(fù)確保了放大器輸出從夾緊事件中快速恢復(fù)，并快速恢復(fù)以跟隨輸入信號(hào)。LMH6553提供了特殊的帶寬、失真和噪聲性能，理想的驅(qū)動(dòng)adc高達(dá)14位。LMH6553還可用于汽車、通信、醫(yī)療、測試和測量、視頻和激光雷達(dá)的應(yīng)用。

通過外部增益設(shè)置電阻和集成的共模反饋，LMH6553可以配置為差分輸出的差分輸入或差分輸出增益塊的單端輸入。LMH6553可以在輸入處進(jìn)行交流或直流耦合，這使其適用于廣泛的應(yīng)用，包括通信系統(tǒng)和高速示波器前端。LMH6553有8針SO PowerPAD和8針WSON軟件包，是我們的LMH高速放大器家族的一部分。