采用高速ADC的設計師所面臨的最大挑戰(zhàn)之一就是找到一個適合于驅動ADC的放大器。直到最近，ADC驅動器的選擇還一直受限。通常射頻放大器為單端，體積大、功耗高，而且需要一個5-12V的電源。最近，業(yè)界開發(fā)出了全差分放大器，但它們中很多都是被優(yōu)化用于窄輸入信號帶寬，需要一個高電壓電源，或者需要約束ADC的速度、噪聲和/或失真性能。由凌力爾特公司開發(fā)的新放大器系列能幫助工程師實現ADC的性能，同時簡化高頻電路板的設計。
高速+高性能+低電壓電源
LTC6?00-20和LTC6?01-20為該高速全差分放大器家族的首批成員，工作電源為3V或3.3V，具有優(yōu)異的性能。這兩款器件都具有20dB的內部固定增益，具有高速、低噪聲和低失真以及低功耗特點。采用的是先進的互補雙極硅鍺工藝。由于鍺原子比硅原子大，在硅工藝中有選擇地加入一些鍺會在材料的晶體結構中產生應力。實際上這種應力將導致好的電特性，例如更高的遷移率和更精密的基區(qū)寬度控制，可以制作速度更高的晶體管。LTC6?00-20的-3dB帶寬為1.8GHz，而壓擺率達到4500V/us，所耗電流僅僅80mA。LTC6?01-20僅以一半的功率實現大約LTC6?00-20速度的2/3。圖1給出了輸出信號為2Vpp時，LTC6?00-20在不同頻率上的互調失真性能。LTC6?00在140MHz能獲得90dBc失真,而在幾百MHz的頻率下能獲得-70dBc的失真。
ADC驅動器的另一個關鍵性能是貢獻的噪聲要小。LTC6?00基于一個差分運算放大器，輸入噪聲密度很低，為1nV/√Hz。內部100Ω的差分輸入電阻不可避免地會增加一定噪聲，產生2.1nV/√Hz的總輸入參考噪聲密度。另一個*判噪聲的方法是根據信噪比。LTC6?00-20輸出噪聲密度為21nV/√Hz(因為增益為20dB或10V/V)。如果把信號帶寬限制到50MHz，噪聲總和為148μVRMS。相對于2VP-P滿量程信號來說，允許73.5dB的信噪比。這與LTC2249這類的14位通用ADC相匹配。
圖1：LTC6?00的三階互調失真與頻率的關系圖。
集成帶來高性能
圖2為LTC6?00的框圖。LTC6?00-20和LTC6?01-20的設計思想是容易使用。除了放大器外，還集成了幾個其他功能，包括增益設定電阻、輸出信號濾波以及輸出共模電路。所有功能都封裝在一個3x3mm的16引腳的QFN封裝里。這種集成帶來了以下幾個顯著的優(yōu)點。
圖2: LTC6?00的功能框圖。
最為顯著的是減少了外部元器件數量，電阻器和電容器較少意味著占位面積小，且令人頭疼的問題也少。
通過集成高度匹配的增益設定電阻，提供了精密的增益，因而穩(wěn)定度得到改善。穩(wěn)定度改善的原因是將敏感的反饋環(huán)路內置到芯片封裝里。電路板上的反饋環(huán)路的布線所引起的寄生電容會產生寄生極(parasitic pole)。而且，將輸入和輸出端引出來的感性連接線移出敏感的反饋環(huán)路。
由于增益是已知的并且是內部固定的，放大器在盡可能寬的帶寬上具有最大的平坦度，群延遲變化也最小。為了實現特定的增益設置，可以調整內部補償，從而使速度、功率和失真性能達到最佳。
提供兩路差分輸出—濾波輸出和未濾波輸出。片上濾波器是一個專門設計的單極點RC濾波器，用來簡化高速管線和SAR ADC所呈現的容性負載的驅動。拐點頻率(corner frequency)的調整很容易，只需增加幾個外部元件。
輸出共模引腳允許ADC采用相同的參考地，以便設置ADC驅動器的輸出信號電平。當輸入采用AC耦合時，輸入共模電壓被自動偏置到與VOCM引腳上的電壓相近的電平。LTC6?00-20在I/O耦合方面非常靈活，輸入和輸出端都可以利用AC或DC耦合。
應用實例
圖3給出了一個典型應用實例，即利用LTC6?00來驅動LTC2208 16位130MSPS ADC。本例中，輸入信號為單端，通過一個隔直流電容加到LTC6?00的+IN輸入端。當然，輸入信號也可以直流耦合，只要直流電壓位于放大器的輸入共模范圍內。從圖2中不難發(fā)現，LTC6?00-20的差分輸入阻抗為200Ω。利用一個66.5Ω的電阻使得總輸入阻抗為50Ω，從而可以與50Ω的源阻抗匹配。(在其他情況下，源阻抗可能是200Ω，則需要一個1：4的變壓器。)-IN輸入端接了一個29Ω的電阻，目的是為內部運算放大器提供端口平衡。LTC6?00-20的輸出經過一個10Ω的串聯(lián)電阻，直接連接到ADC的輸入端。
圖3：LTC6?00和LTC2208應用實例。
LTC6?00與ADC共享同一個3.3V的電源。LTC6?00利用3V或3.3V的電源供電，即可將ADC驅動到滿量程并實現高性能。而以前的解決方案中，要想將ADC驅動到輸入范圍的滿量程，并提供高性能，則需要電壓為5V的電源甚至更高。
LTC220x家族的ADC在輸入擺幅以1.25V的共模電壓為中心時工作最佳。而LTC6?00使此變得很容易：將ADC的VCM引腳簡單地連接到LTC6?00的VOCM引腳上，放大器的內部共模反饋環(huán)路確保了輸出以VOCM電壓為中心。其他的ADC首選采用1.5V電壓，但接口都一樣。
本文小結
如今亞微米工藝使得高速ADC獲得很多性能優(yōu)勢。但是，在奈奎斯特采樣或欠采樣時，為了實現最高功效，需要一個高性能的全差分放大器來驅動。LTC6?00通過結合SiGe工藝和創(chuàng)新設計，在高頻率段提供了不錯的性能，同時還能采用3V或3.3V的低電源電壓。芯片采用3x3mm的無引腳封裝，所需的外部元器件數量少，從而使得該驅動器可以直接放到ADC的輸入端，可以實現高性能和緊湊的PCB設計。差分輸出被優(yōu)化，從而可以直接實現優(yōu)異的高速ADC的驅動，具有高線性度，輸入噪聲低，因而適合用于像通信接收系統(tǒng)和高速測試系統(tǒng)等類的高性能應用。
發(fā)布者：小宇
下載文檔
