差分放大器配置 - 高速ADC用差分驱动器概述

图3所示为AD813x差分放大器的一些可能配置。图3A为标准配置，其中利用两个反馈网络，分别表现为反馈系数1和2.另需注意，各反馈系数可能为0与1之间的任意数。

　　

 

　　图3:差分放大器的一些配置

　　图3B显示在 V OUT–至V+之间无任何反馈的配置，即1 = 0.在这种情况下，2决定反馈至V–的V OUT+量值，且除了有额外的互补输出外，电路类似于同相运算放大器。因此，整体增益是同相运算放大器的两倍，或2 × (1 + RF2/RG2)或2 × (1/2)。

　　图3C显示1 = 0且2 = 1的电路。该电路特别提供无电阻增益2.

　　图3D显示2 = 1的电路，而1则由RF1和RG1决定。此电路的增益始终小于2.

　　最后，图3E的电路2 = 0,除V OUT+端的额外互补型输出外，极其类似于常规反相运算放大器。

　　差分驱动器/接收器应用

　　AD813x/ADA493x系列也非常适用于平衡差分线路驱动，如图4所示，其中AD8132驱动一根100 双绞线。AD8132配置成一个增益为2的驱动器，说明来源和负载端接电缆所引起的2倍损耗。在此配置下，AD8132的带宽约为160 MHz.

　　

 

　　图4:高速差分线路驱动器、线路接收器应用

　　该线路接收器为一个AD8130差分接收器，具有一种称为"有源反馈"的独创架构，可在10MHz时实现约70 dB的共模抑制。对于增益1,AD8130的3dB带宽约为270 MHz.

　　AD8130利用两个相同的跨导(gm)级，其输出电流在高阻抗节点处加总，然后缓冲至输出端。两个gm级的输出电流必须相等，符号相反，因此各自输入电压也必须相等，符号相反。

　　差分输入信号接入其中一级(GM1)，而负反馈则如同常规运算放大器接入至另一级(GM2)。

　　增益等于1 + R2/R1.GM1级因此为端接双绞线提供一个真正平衡的输入，以获得最佳的共模抑制。

　　一系列三路驱动器用于在5类电缆上驱动RGB,例如AD8133、AD8134、AD8146、AD8147、 AD8148.

　　也可提供相应的三路接收器，包括AD8143和AD8145.AD8123(三路)和AD8128(单路)接收器也包括可调节线路均衡。

　　应用示例：ADA4937-1差分放大器驱动AD6645 14位80/105MSPS ADC

　　AD813x和ADA493x系列差分驱动器适用于直流或交流耦合应用，其中电压增益1至4(0 dB至12 dB)，频率高达约100 MHz(取决于该系列的特定成员)。它们特别适合用作低失真直流耦合单端至差分转换器以驱动差分输入ADC.VOCM特性可用于电平转换双极性信号以匹配ADC的共模输入电压。直流驱动器的电路分析细节和电阻值挑选在MT-xxx中给出。还提供ADIsimDiAmp设计工具以方便这类设计。

　　ADA4937-1是最新系列差分放大器之一，针对+5 V单电源特殊优化。图5显示它用作一个电平转换器以驱动AD6645 14位80/105 MSPS ADC.(ADA4939-1是一个针对电压增益 2而优化的类似器件)。

　　

 

　　图5:ADA4937-1在+5 V直流耦合应用中驱动AD6645

　　现在将在信号摆幅和共模电平方面对图5所示电路进行细致分析。为确保所有电压落入器件规定的允许范围内，这一步必不可少。

　　AD6645利用一个2.2 V p-p差分信号操作，共模电压为+2.4 V.这意味着ADA4937的每个输出必须在1.85 V和2.95 V之间摆动，即在+5 V单电源运行的ADA4937-1的输出驱动能力范围内。

　　输入信号因此必须在1.025 V和1.575 V之间摆动，落入在+5 V单电源运行的ADA4937-1的允许输入范围内。

　　电路输入由一个50 来源驱动。在单端配置中"自举式"输入阻抗约为267Ω 。61.5Ω 输入终端电阻与267Ω增益设定电阻并联使得整体阻抗约为50 Ω。注意，228 Ω电阻是与反相输入串联插入的。这是为了匹配同相输入的净阻抗(200 Ω + 61.5 Ω||50 Ω= 200 Ω+ 28 Ω= 228Ω)。

　　没有此额外28Ω匹配电阻与最初200Ω增益设定电阻串联，不平衡源阻抗会导致一个不必要的差分失调电压出现在输出端上。

　　底部增益设定电阻从200Ω增加至228Ω需要反馈电阻增加至207Ω以便保持增益1.实际上，最近标准1%电阻会代替计算值。ADIsimDiAmp设计工具用来方便这类设计并计算特定增益和源阻抗的所需电阻值。该工具还检查是否违反差分放大器的输入和输出共模范围限制。

　　ADA4937-1的输出噪声电压频谱密度只有5 nV/√Hz.该值包括反馈和增益电阻的贡献并适用于G = 1.这在AD6645的输入带宽(270 MHz)上积分，产生103 V rms的输出噪声。这对应于放大器所引起的77.6 dB SNR.注意，由于没有任何外部噪声滤波器，积分必须在ADC的完整输入带宽上。

　　AD6645的SNR为75 dB,对应于138μV rms的输入噪声。由于运算放大器(103μV)和ADC(138μV)所引起的组合噪声为172μV,产生73 dB的整体SNR.

　　如果不需要AD6645的完整带宽，可通过选择适当的C值来增加一个单极降噪滤波器。