ADC驱动器或差分放大器设计汇总

述带宽。许多ADC驱动器和运放自称有很宽的带宽指标，但并不是所有带宽都是可用的。例如，-3dB带宽是测量带宽的一种传统方法，但它并不意味着所有带宽是可用的。-3dB带宽的幅度和相位误差的使用比实际“截止”频率要早十年。那么什么是放大器的EUBW？如何确定它的大小？确定可用带宽的一个极好方法是查询数据手册上的失真图。

图18表明，为了使二次和三次谐波保持大于-80dBc，这个ADC驱动器不应用于超过60MHz的频率。由于每个应用都不尽相同，系统要求将成为具有足够带宽和足够失真性能的合适驱动器的选择准则。

图18：ADA4937电流反馈型ADC驱动器的失真曲线。

压摆率，一种大信号参数，指的是放大器输出在没有过高失真的情况下能够跟踪输入的最大变化率。以压摆率考虑正弦波输出：

(34)

公式34在过零点的导数(变化率)即最大变化率，它等于：

(35)

其中dv/dt max是压摆率，Vp是峰值电压，f等于满功率带宽(FPBW)。推算FPBW：

(36)

因此，在选择ADC驱动器时，重点要考虑增益、带宽和压摆率(FPBW)，以确定放大器是否足够满足应用要求。

稳定性
关于差分ADC驱动器的稳定性考虑与运放是一样的，关键参数是相位余量。 虽然特定放大器配置的相位余量可以从数据手册中获取，但在实际系统中由于PCB版图中的寄生效应这个相位余量会有显著降低。

负电压反馈放大器的稳定性取决于其环路增益的大小和符号，A(s)×β。差分ADC驱动器要比典型的运放电路稍微复杂一点，因为它有两个反馈系数。在公式7和公式8的分母中可以见到环路增益。公式37提供了在反馈系数不匹配(β1≠β2)情况下的环路增益。

(37)

当反馈系数不匹配时，有效反馈系数是两个反馈系数的简单平均值。当它们匹配并被定义为β时，环路增益可以简化为A(s)×β。要想使反馈放大器稳定，其环路增益不允许等于-1(相当于相位偏移-180°、幅度为1)。对于电压反馈放大器来说，其开环增益频率图上环路增益值等于1(即0dB)的点正是A(s)值等于反馈系数倒数的地方。

对于基本的放大器应用，反馈是纯阻性的，在反馈环路中不会引入相位偏移。在反馈系数匹配的情况下，与频率无关的反馈系数倒数1+RF/RG通常被称为噪声增益。如果将以dB为单位的恒定噪声增益与开环增益A(s)绘制在同一张图上，那么两条曲线的交叉点就是环路增益为1或0dB的地方。在这个频率点的A(s)相位与-180°之间的差值被定义为相位余量。为了稳定工作，这个相位余量应大于或等于45°。图19给出了RF/RG=1(噪声增益=2)时ADA4932的单位环路增益点和相位余量。

图19：ADA4932开环增益幅度和相位与频率的关系。

进一步观察图19可以发现，ADA4932在噪声增益为1(每个环路中100%反馈)时有约50°的相位余量。虽然让ADC驱动器工作在零增益有点不切实际，但这一结果表明，ADA4932可以稳定工作在小数差分增益(如RF/RG=0.25,噪声增益=1.25)。并不是所有差分ADC驱动器都能这样。最小稳定增益可以在所有ADC驱动器的数据手册中找到。

电流反馈ADC驱动器的相位增益同样可以从开环响应中判断。电流反馈放大器不再使用前向增益A(s)，而是使用前向互阻T(s)，并将误差电流用作反馈信号。带匹配反馈电阻的电流反馈驱动器的环路增益等于T(s)/ RF，因此电流反馈放大器环路增益幅度在T(s)= RF时等于1(即0dB)。这个点在开环互阻和相位图上很容易找到，定位方法与电压反馈放大器相同。注意，绘制电阻与1kΩ的比值能使阻值表示在对数图上。图20给出了RF=300Ω时ADA4927电流反馈差分ADC驱动器的单位环路增益点和相位余量。

图20：ADA4927开环增益幅度和相位与频率的关系。

300Ω反馈电阻水平线与互阻幅度曲线的交叉点是环路增益为0dB的地方。在这个频率点，T(s)的相位接近-135°，因此有45°的相位余量。相位余量和稳定性随RF的增加而增加，随RF的减小而减小。电流反馈放大器应始终使用具有足够相位余量的纯电阻反馈。

PCB版图
在稳定的ADC驱动器设计好后，还必须在PCB上实现。由于电路板存在寄生成分，总是会损失一些相位余量，因此电路板的寄生效应必须保持最小，其中特别要关注的是负载电容、反馈环路电感和求和节点电容。每种寄生电抗都会给反馈环路增加迟滞性相位偏移，从而减小相位余量。由于PCB版图设计不良可能导致20°以上的相位余量损失。

在使用电压反馈放大器时最好使用尽可能小的RF，以便最小化由RF和求和节点电容组成的极点引起的相位偏移。如果要求使用大的RF，寄生电容可以用跨接每个反馈电阻的小电容Cf进行补偿，对Cf的要求是RFCf等