使用差分放大器驱动模数转换器

输入匹配

模数转换器的负载总是难以设计。通常情况下都有高输入阻抗和较大而且可变的容抗。同时，开关电容或者采样保持电路会产生电流尖峰。这些原因导致ADC输入很难匹配，必须使用放大器。差分放大器的输出级能消除电流尖峰同时为精确采样提供低阻抗源。图3中是驱动ADC的典型电路。两个56Ω的电阻用来隔离ADC的容性负载和放大器来确保稳定。同时，这些电阻也是低通滤波器的一部分，用来提供抗混叠滤波和削弱噪声的功能。两个39pF的电容用来消除由于ADC内部开关电路引起的电流尖峰，同时也是ADC输入的低通滤波器的关键部件。在图3的电路中，滤波器的截止频率是1/(2*p*56W*(39pF+14pF))=53MHz(比采样频率略低)。注意ADC的输入电容在计算滤波器频率响应的时候必须要考虑，如果是差分输入的话有效输入电容的值要加倍。同时，正如在图3中显示的，许多ADC的输入电容是ADC转换过程(采样保持电路)的一部分。



图3　驱动ADC。LMH6550驱动ADC12LO66

和所有的高速电路一样，电路板布局很关键。放大器和ADC应该尽可能的靠近。放大器和ADC都要求滤波器件紧靠放置。放大器要求输出导线上的寄生负载尽可能低，ADC对输入导线上可能耦合的高频噪声也很敏感。另外，ADC的数字输出应该和ADC以及放大器的输入做良好的隔离。放大器和ADC的输入管脚不应该放置在电源或者地平面上。电源旁路电容应该满足低ESR而且放在距相关管脚2mm范围内。如果有必要，使用多过孔也是不错的主意。

共模反馈

共模反馈电路的主要优点就在于差分放大器能够精确设置输出的共模电压值。对大多数ADC来说，必须将共模电压设定在一个特定的值以获得完整的动态范围。理论上一个差分放大器只会放大差分信号，输出的共模部分能够独立设置，对增益和差分输出信号没有影响。类似LMH6550的放大器有一个高阻抗输入的共模电压输出缓冲器。这样就允许放大器使用大多数ADC输出的参考电压，同时对ADC的参考电压产生电路不会有太大的负载效应。

另一个共模反馈电路的优点是用放大器从一个单端的源产生完全差分的信号。同时它也平衡了在一个理想的共模电压点上两个差分的输出级。



图4　单电源供电工作和直流工作点

需要重点注意的是，共模反馈电路看上去类似于一个单位增益缓冲器，作为输入脚和输出共模电压间的缓冲。等式Vocm=(V+out+V-out)/2表明了相对于输出共模电压来说，两个输出有相同的幅度和相反的相位。图4显示了单电源供电工作典型结构并且给出了计算共模反馈网络效果的公式。在这个例子中，Vcm是共模反馈缓冲器的输入。Vocm是输出的共模电压，或者叫共模反馈缓冲器的输出。当使用单端电源供电的差分放大器时，输入共模电压工作点将不再是系统设计的主要限制因素。单端电源供电将会限制增益和输出共模电压的设定范围。