高性能差分驱动放大器和ADC的窄带接口设计方法

    通过在驱动放大器与目标ADC之间设计一个窄带通抗混叠滤波器，目标奈奎斯特频率区域外的放大器输出噪声得以衰减，有助于保持ADC的可用SNR性能。一般而言，若用一个恰当阶数的抗混叠滤波器时，SNR性能会提高数个dB.
    此应用笔记介绍了一种接口设计方法，利用它可以实现高性能驱动放大器与ADC（包括采用开关电容输入的ADC）之间的更有效接口。本应用笔记所述的窄带接口方法针对驱动一些颇受欢迎的无缓冲输入ADC进行了优化，如AD9246、AD9640和AD6655等。
    接口元件简介
    窄带接口用来提供带通滤波，同时提供足够的阻抗变换。图1、2和3所示为不同放大器ADC接口窄带方案的功能框图。这四种主要元件模块，即驱动放大器、低通滤波器、共振匹配和ADC,在接口定义中起到了关键作用，每一种都需要审慎对待。下列章节介绍每一种元件的具体要求。
    差分驱动放大器
    ADI公司差分放大器产品齐全，其中包括AD8352、AD8375、AD8376、ADL5561和ADL5562,提供三种基本的增益控制类型：电阻设定增益、并联数字控制和引脚绑定增益。为优化性能，这些增益控制类型各具有自己的输出阻抗集和所需阻抗负载，具体如表1所概述。
    AD8352
    AD8352使用增益设置电阻RG来设置增益，该电阻具有将器件与信号输入隔离的缓冲器。因此，对于3 dB至25 dB的增益，AD8352可保持恒定的3 kΩ输入电阻，从而降低了匹配和输入驱动要求。有关增益调节的详情，请参见AD8352的数据手册。
    建议在输入和输出上连接交流耦合电容以隔离VCC/2偏压与源和平衡负载。
    AD8352具有100 Ω的标称差分输出电阻，在负载阻抗等于200 Ω时可实现最佳交流性能。这需要2:1的RL/RS滤波器比，其中RS为滤波器源阻抗，RL为负载阻抗。
    AD8375和AD8376
    AD8375是一款单通道、数字控制、可变增益放大器，而AD8376是其双通道版本。各通道通过独立的5位二进制代码来编程，以1 dB步进改变各衰减器的设置，使得各放大器通道的增益设置范围为+20 dB（代码0）至？4 dB（代码24及更高）。
    AD8375和AD8376提供150Ω输入阻抗，经调谐驱动150 Ω负载阻抗，以获得最佳性能。开集输出结构要求通过外部偏置网络实现直流偏置。每个通道输出端均采用一组1 μH扼流圈电感，用来向开集输出引脚提供偏置，这些引脚具有16 kΩ的差分输出阻抗。由于差分输出偏置为正电源，需要连接交流耦合电容，最好是0.1 μF.同样，输入引脚处于高于地约2 V的偏置电压下，也应进行交流耦合。
    在没有任何输出匹配的情况下，如果RL/RS滤波器比很小，构成滤波器可能需要不切实际的大电感值和极小的电容值。阻抗比越大，对元件Q值和布局寄生就越要谨慎。建议采用大约300 Ω的分流输入和输出电阻来端接抗混叠滤波器。在图2示例中，滤波器两端的分流电阻在输入端为301 Ω，在输出端为330 Ω（通过两个165 Ω偏置设置电阻），两者一起为AD8375或AD8376提供形成标称150 Ω负载阻抗，并产生更有利的RL/RS滤波器比1:1.
    ADL5561和ADL5562
    ADL5561和ADL5562通过引脚绑定输入配置来设置增益。对VIP1施加输入A、对VIN1施加输入B时，增益为6 dB（最小增益）。对VIP2施加输入A、对VIN2施加输入B时，增益为12 dB（最小增益）。对VIP1和VIP2施加输入A、对VIN1和VIN2施加输入B时，增益为15.5 dB（最小增益）。注意，差分输入阻抗随增益绑定选择而变化：最小、中等和最大增益设置分别对应400 Ω、200 Ω和133 Ω。有关输入匹配的详情，请参见ADL5561或ADL5562数据手册。
    建议在输入和输出上连接交流耦合电容以隔离VCC/2偏压与源和平衡负载。
    该负载应等于200 Ω以提供最佳交流性能。ADL5561和ADL5562的差分输入阻抗为12 Ω。阻抗比越大，对元件Q值和布局寄生就越要谨慎。为了简化滤波器设计，可在每个差分输出端增加约15 Ω的额外串联填充，以采用更有利的RL/RS滤波器比4:1.注意，添加的串联元件将衰减驱动器放大器输出。
    ADC特性
    在现代无线接收器设计中，高采样率的模数转换器（ADC）通常被用作中频复合调制信号的采样。pcb抄板基于CMOS开关电容的ADC因其低成本和低功耗而成为这类设计的首选。这类ADC的前端为非缓冲型，直接耦合至采样网络，所以ADC的输入阻抗会随时间（跟踪和保持模式切换时）变化，这就对驱动ADC的放大器提出了挑战。为了在驱动ADC的同时获得极小的噪声和信号失真，有必要设计一种无源网络接口，实现宽带噪声抑制和采样保持阻抗的变换，从而为驱动放大器提供一个更匹配的负载阻抗。建议在多个常用IF频率下采用谐振法将采样保持阻抗变换为可预测性的负载，从而更精确地设计抗混叠滤波器。