从直流到宽带，模拟信号链设计不可忽略的“共模”

在转换器领域，说起风头正盛的产品，不能不提GSPS ADC—也称RF ADC。关于使用RF ADC的优势，以及如何使用它们进行设计并以高的速率捕获数据，人们进行了大量的讨论。

但是，人们似乎忘了一件事情，即低直流信号。

高性能ADC之前的输入配置或者前端设计，对于实现所需的系统性能非常关键。通常重点在于捕获宽带频率，例如大于1 GHz的宽带频率。然而，在某些应用中，也需要直流或近直流信号，并且受到最终用户的欢迎，因为它们也可以传输重要信息。因此，通过优化整体前端设计来捕获直流和宽带信号需要直流耦合前端，该直流耦合前端一直连接到高速转换器。

考虑到应用的本质，将需要开发一个有源前端设计，因为用于将信号耦合到转换器的无源前端和巴伦本身就已交流耦合。接下来我们以实际系统解决方案为例，概述共模信号的重要性，以及如何正确对放大器前端进行电平转换。

您也可以将其视为新中点或零代码—放大器，通常通过一个VOCM 引脚或类似的器件，在输出端建立CM。不过要小心，这些引脚也有一定的电流和电压范围要求。最好查阅一下放大器数据手册，并且/或者使用不会使电路内部的任何相邻电路或基准点负荷过重的稳定偏置点。不要只是分接一个转换器的基准电压引脚(VREF)，它通常是转换器满量程的一半。可能无法提供充分的高精度偏置。谨慎起见，也应查阅转换器数据手册上的引脚技术规格。一般而言，电阻容差1%的简单分压器和/或缓冲器驱动器之类，可正确设置放大器的CM偏置。

在下面表1中简要列出了如何连接每个应用的放大器和转换器。

图2显示了一些正确的电路示例。

输出频谱的形态将与过载满量程输入相似。这意味着转换器的零点偏离中心，不是最优。你可能会发现转换器会较早削波或者达不到转换器的满量程。但是，由于转换器开始使用1.8 V电源和更低的电源，这一问题变得更为严重。这意味着模拟输入的CM偏置为0.9 V或AVDD/2。并非所有的单电源放大器都支持这样的低共模电压，同时还保持相对较好的性能。

但是，并不是任何旧款放大器都能使用，因为裕量可能非常受限，并且内部晶体管可能会开始塌陷。如果将双电源与放大器配合使用，大多数情况下应该会有充足的裕量来实现适当的CM偏置。缺点是增加了一个额外的电源—可能不标准的负电源，这意味着更多的器件和更高的成本。简单的反相器电路有助于解决这一问题。

在显示的该配置中，前端接口针对宽带采样进行了优化，同时保留信号的直流成分。由于器件为+5.5 V耐压。该设计使用+3.3 V 和−2 V AVDD 分离电源。这使得放大器的输出端和ADC的输入端之间共模简单对齐，两者均需在AIN+和AIN−保持+0.525 V。同样，注意几个接地使能的放大器引脚功能(VSS)，单电源现强制 设置为−2 V供电(新VSS)。

CM电压输出很简单，但是弄清楚放大器输入的共模需求可能有点麻烦。需要为接口做两件事：

工作原理：放大器输出约为0.525 V，放大器输入CM电压为0 V。具有500 ?的内部反馈电阻和约50 ?的输入电阻使得它看起来有550 ?；或在本例中，我们假设一个50 ?源电阻与100 ?电阻并联，得到33 ?。再串联20 ?增加到53 ?。这是串联了500 ?内部反馈电阻或总计553 ?。也就是形成了500 ?和53 ?的0.525 V电阻分压器。反过来，产生了900 μA (或0.525/553)的电流。为将此分流至地面或新VSS或−2 V，添加2.2 k?电阻或−2 V/2.2 k? = 900 μA。

值得注意的是，添加了5.1 nH电感与电源的正供电轨输入串联。这有助于通过捕捉和再循环放大器内部的这些不平衡电流来再次提高偶数阶线性度性能与频率。

最后，需要针对放大器和ADC之间的前端