電路功能與優(yōu)勢(shì)
　　本文所述電路采用雙通道、數(shù)字可編程、超低失真、高輸出線(xiàn)性度、可變?cè)鲆娣糯笃?/a>(VGA) AD8376和高速ADC，可提供高性能、高頻采樣。AD8376針對(duì)驅(qū)動(dòng)高頻IF采樣ADC進(jìn)行了優(yōu)化。與ADI公司的AD9445或AD9246等高速ADC配合使用時(shí)，在100 MSPS以上、最大增益條件下，它可提供出色的SFDR（無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍）性能。
　
電路描述
　　該電路采用AD8376 VGA，能夠?yàn)锳D9445等高速ADC提供可變?cè)鲆妗⒏綦x和源阻抗匹配。利用該電路，當(dāng)AD8376的增益為20 dB（最大增益）時(shí)，在100 MHz時(shí)的SFDR性能可達(dá)到86 dBc，如圖2所示。
　
　　AD8376 VGA應(yīng)通過(guò)寬帶1:1傳輸線(xiàn)巴倫（或阻抗變壓器）以差分方式驅(qū)動(dòng)（來(lái)獲得最佳性能），緊跟巴倫的是接兩個(gè)37.4 Ω電阻，與AD8376的150 Ω輸入阻抗并聯(lián)。這樣就可實(shí)現(xiàn)與圖1所示50 Ω源阻抗的寬帶匹配。AD8376的開(kāi)路集
　
　　電極輸出通過(guò)兩個(gè)1 μH電感偏置，并交流耦合至兩個(gè)82 Ω負(fù)載電阻。這些82 Ω負(fù)載電阻與串聯(lián)端接的ADC阻抗并聯(lián)，產(chǎn)生150 Ω的差分負(fù)載阻抗，這是AD8376達(dá)到規(guī)定增益精度的推薦值。負(fù)載電阻通過(guò)AD9445交流耦合，以消除共模直流負(fù)載。借助33 Ω串聯(lián)電阻，可以改善AD8376與模數(shù)采樣保持輸入電路中存在的任何開(kāi)關(guān)電流之間的隔離性能。
　
　　AD8376的輸出IP3（三階交調(diào)截點(diǎn)）和本底噪聲在24 dB可用增益范圍內(nèi)基本保持穩(wěn)定，這對(duì)于希望接收器增益改變時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍保持不變的可變?cè)鲆娼邮掌鞫允且粋€(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。輸出噪聲密度的典型值約為20 nV/√Hz，與14位至16位靈敏度極限相當(dāng)。AD8376的雙音IP3性能典型值約為+50 dBm。因此，驅(qū)動(dòng)14位、105 MSPS/125 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9445時(shí)，在輸入頻率最高達(dá)140 MHz條件下，SFDR性能優(yōu)于86 dBc。使用AD8376時(shí)，有多種配置方式可供設(shè)計(jì)人員選擇。開(kāi)路集電極輸出能夠驅(qū)動(dòng)多種不同負(fù)載。圖1顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的寬帶接口，其中AD8376驅(qū)動(dòng)AD9445。

圖1.采用AD8376和AD9445的寬帶ADC接口示例

　　AD9445為14位、125 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有緩沖寬帶輸入，由此產(chǎn)生2 kΩ||3 pF差分負(fù)載阻抗，要求具有2 V峰峰值差分輸入擺幅才能達(dá)到滿(mǎn)量程。在圖1中，加入串聯(lián)電感L（串聯(lián)）可擴(kuò)展系統(tǒng)的帶寬，并具有響應(yīng)平坦度。當(dāng)L（串聯(lián)）為100 nH電感時(shí)，便可獲得圖3所示的寬帶系統(tǒng)響應(yīng)。在預(yù)失真接收器設(shè)計(jì)和儀器儀表等寬帶應(yīng)用中，寬帶頻率響應(yīng)也是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但是，若針對(duì)較寬的模擬輸入頻率范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于高頻噪聲會(huì)混疊至目標(biāo)奈奎斯特頻率區(qū)域，因此級(jí)聯(lián)SNR（信噪比）性能會(huì)有所下降。

圖2.圖1所示電路在100 MHz輸入信號(hào)、105 MSPS采樣速率時(shí)測(cè)得的單音性能

圖3.圖1所示寬帶電路的頻率響應(yīng)測(cè)量結(jié)果

常見(jiàn)變化
　　圖4提供了另一種窄帶方法。通過(guò)在AD8376與目標(biāo)ADC之間設(shè)計(jì)一個(gè)窄帶通抗混疊濾波器，目標(biāo)奈奎斯特頻率區(qū)域外的AD8376輸出噪聲得以衰減，有助于保持ADC的可用SNR性能。
　
　　一般而言，若用一個(gè)恰當(dāng)階數(shù)的抗混疊濾波器時(shí)，SNR性能會(huì)提高數(shù)個(gè)dB。本例采用一個(gè)低損耗1:3（阻抗比）輸入變壓器，使AD8376的150 Ω平衡輸入與50 Ω不平衡源阻抗相匹配，從而將輸入的插入損耗降至最低。
　
　　圖4所示窄帶電路針對(duì)驅(qū)動(dòng)ADI公司一些頗受歡迎的無(wú)緩沖輸入ADC進(jìn)行了優(yōu)化，如AD9246、AD9640和AD6655等。表1列出了針對(duì)常用的IF采樣中心頻率，相關(guān)抗混疊濾波器元件的推薦值。電感L5與片內(nèi)ADC輸入電容及C4所提供電容的一部分并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)諧振電路。該諧振電路有助于確保ADC輸入在目標(biāo)中心頻率條件下像個(gè)真實(shí)的電阻。

圖4.無(wú)緩沖開(kāi)關(guān)電容ADC輸入的窄帶IF采樣解決方案 

　　此外，在直流時(shí)電感L5會(huì)使ADC輸入短路，從而將零引入傳遞函數(shù)。1 nF交流耦合電容和1 μH偏置扼流圈會(huì)將更多零引入傳遞函數(shù)。最終的整體頻率響應(yīng)呈現(xiàn)出帶通特性，有助于抑制目標(biāo)奈奎斯特頻率區(qū)域外的噪聲。表1提供了一些初步建議值供原型設(shè)計(jì)使用?？赡苓€需要考慮一些經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化方法，幫助補(bǔ)償實(shí)際的PCB寄生效應(yīng)。關(guān)于級(jí)間濾波器設(shè)計(jì)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考“了解更多信息”部分的應(yīng)用筆記。
　
　　在圖1所示電路中，兩個(gè)37.4 Ω電阻均要求精度為1%（1/10瓦）。其它電阻的精度可以為10%（1/10瓦）。電容應(yīng)為10%陶瓷芯片。在圖2所示電路中，兩個(gè)165 Ω電阻均要求精度為1%（1/10瓦）。其它電阻、電容和電感的精度可以為10%。
　
　　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)，對(duì)接地層去耦（為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，圖中未顯示）。還應(yīng)遵守“了解更多信息”部分中IC數(shù)據(jù)手冊(cè)的相關(guān)建議。
　
　　有關(guān)布線(xiàn)方式和關(guān)鍵元件位置建議，應(yīng)查詢(xún)產(chǎn)品評(píng)估板?？梢栽谄骷漠a(chǎn)品主頁(yè)上找到評(píng)估板（請(qǐng)查看“了解更多信息”部分）。
　
　　為了防止損壞AD8376的內(nèi)部ESD保護(hù)二極管，數(shù)字輸入“A”和“B”以及ENBA、ENBB不應(yīng)高于AD8376正電源電壓0.6 V以上，或高于地電壓0.6 V以下。如果驅(qū)動(dòng)AD8376的邏輯電源從AD8376的供電電源獲得，則不會(huì)發(fā)生上述情況。AD8376采用雙極性工藝制造，不易閂鎖。
　
　　即使AD8376和AD9445（或其它ADC）采用不同電源供電，因?yàn)锳DC的輸入信號(hào)為交流耦合信號(hào)，所以時(shí)序控制也不是問(wèn)題。
　
　　關(guān)于AVDD和DVDD電源的正確時(shí)序（如果使用獨(dú)立的電源），應(yīng)參考相應(yīng)的ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)。

表1：針對(duì)不同IF采樣頻率的接口濾波器建議值

進(jìn)一步閱讀
　　Kester, Walt. High Speed System Applications. Chapter 2 (Optimizing Data Converter Interfaces). Analog Devices. 2006.
　　Kester, Walt. The Data Conversion Handbook. Chapters 6, 7. Analog Devices. 2005.
　　Kester, Walt, James Bryant, and Mike Byrne. MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of AGND and DGND. Analog Devices.
　　MT-036 Tutorial, Op Amp Output Phase Reversal and Input Overvoltage Protection. Analog Devices.
　　MT-073 Tutorial, High Speed Variable Gain Amplifiers. Analog Devices.
　　MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques. Analog Devices.
　　Newman, Eric and Rob Reeder. AN-827 Application Note, A Resonant Approach to Interfacing Amplifiers to Switched-Capacitor ADCs. Analog Devices.
　　Reeder, Rob. AN-742 Application Note, Frequency Domain Response of Switched Capacitor ADCs. Analog Devices.
　　
數(shù)據(jù)手冊(cè)和評(píng)估板
　　AD8376 data sheet.
　　AD8376 evaluation board.
　　AD9246 data sheet.
　　AD9246 evaluation board.
　　AD9445 data sheet.
　　AD9445 evaluation board.
　　
修訂歷史
　　4/09—Rev. 0 to Rev. A
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