從直流到寬帶,模擬信號(hào)鏈設(shè)計(jì)不可忽略的“共?!?/h2>
發(fā)布時(shí)間:2019-01-28 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】在轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域,說(shuō)起風(fēng)頭正盛的產(chǎn)品,不能不提GSPS ADC—也稱RF ADC。關(guān)于使用RF ADC的優(yōu)勢(shì),以及如何使用它們進(jìn)行設(shè)計(jì)并以高的速率捕獲數(shù)據(jù),人們進(jìn)行了大量的討論。但是,人們似乎忘了一件事情,即低直流信號(hào)。
高性能ADC之前的輸入配置或者前端設(shè)計(jì),對(duì)于實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)性能非常關(guān)鍵。通常重點(diǎn)在于捕獲寬帶頻率,例如大于1 GHz的寬帶頻率。然而,在某些應(yīng)用中,也需要直流或近直流信號(hào),并且受到最終用戶的歡迎,因?yàn)樗鼈円部梢詡鬏斨匾畔?。因此,通過(guò)優(yōu)化整體前端設(shè)計(jì)來(lái)捕獲直流和寬帶信號(hào)需要直流耦合前端,該直流耦合前端一直連接到高速轉(zhuǎn)換器。
考慮到應(yīng)用的本質(zhì),將需要開(kāi)發(fā)一個(gè)有源前端設(shè)計(jì),因?yàn)橛糜趯⑿盘?hào)耦合到轉(zhuǎn)換器的無(wú)源前端和巴倫本身就已交流耦合。接下來(lái)我們以實(shí)際系統(tǒng)解決方案為例,概述共模信號(hào)的重要性,以及如何正確對(duì)放大器前端進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
共模
圖1顯示了轉(zhuǎn)換器如何查看差模與共模信號(hào)。CM電壓只是信號(hào)移動(dòng)的中點(diǎn)—參見(jiàn)圖1。
圖1. 差模與共模信號(hào)示例
您也可以將其視為新中點(diǎn)或零代碼—放大器,通常通過(guò)一個(gè)VOCM 引腳或類似的器件,在輸出端建立CM。不過(guò)要小心,這些引腳也有一定的電流和電壓范圍要求。最好查閱一下放大器數(shù)據(jù)手冊(cè),并且/或者使用不會(huì)使電路內(nèi)部的任何相鄰電路或基準(zhǔn)點(diǎn)負(fù)荷過(guò)重的穩(wěn)定偏置點(diǎn)。不要只是分接一個(gè)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓引腳(VREF),它通常是轉(zhuǎn)換器滿量程的一半??赡軣o(wú)法提供充分的高精度偏置。謹(jǐn)慎起見(jiàn),也應(yīng)查閱轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊(cè)上的引腳技術(shù)規(guī)格。一般而言,電阻容差1%的簡(jiǎn)單分壓器和/或緩沖器驅(qū)動(dòng)器之類,可正確設(shè)置放大器的CM偏置。
在下面表1中簡(jiǎn)要列出了如何連接每個(gè)應(yīng)用的放大器和轉(zhuǎn)換器。
表1. 共模矩陣
圖2顯示了一些正確的電路示例。
圖2. 用于放大器/轉(zhuǎn)換器前端的交流耦合與直流耦合應(yīng)用示例
共模:已斷開(kāi)
如果未提供或保持共模偏置,轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生增益和失調(diào)誤差,使獲取的總體測(cè)量性能下降。簡(jiǎn)單地說(shuō)—轉(zhuǎn)換器輸出將如圖3所示,或者略有變化。
圖3. 放大器和轉(zhuǎn)換器之間的CM不匹配
輸出頻譜的形態(tài)將與過(guò)載滿量程輸入相似。這意味著轉(zhuǎn)換器的零點(diǎn)偏離中心,不是最優(yōu)。你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器會(huì)較早削波或者達(dá)不到轉(zhuǎn)換器的滿量程。但是,由于轉(zhuǎn)換器開(kāi)始使用1.8 V電源和更低的電源,這一問(wèn)題變得更為嚴(yán)重。這意味著模擬輸入的CM偏置為0.9 V或AVDD/2。并非所有的單電源放大器都支持這樣的低共模電壓,同時(shí)還保持相對(duì)較好的性能。
但是,并不是任何舊款放大器都能使用,因?yàn)樵A靠赡芊浅J芟?,并且?nèi)部晶體管可能會(huì)開(kāi)始塌陷。如果將雙電源與放大器配合使用,大多數(shù)情況下應(yīng)該會(huì)有充足的裕量來(lái)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腃M偏置。缺點(diǎn)是增加了一個(gè)額外的電源—可能不標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)電源,這意味著更多的器件和更高的成本。簡(jiǎn)單的反相器電路有助于解決這一問(wèn)題。
將器件連接起來(lái)
了解共模和直流耦合之后,我們可以開(kāi)始組建信號(hào)解決方案。例如,ADL5567是雙通道差分放大器,增益為20 dB。它具有4.8 GHz帶寬,適合連接GSPS ADC,例如AD9625,這是12位、2.5 GSPS轉(zhuǎn)換器,具有JESD204B 8通道接口。圖4所示為整體設(shè)置框圖。
圖4. 直流到WB 放大器/轉(zhuǎn)換器信號(hào)鏈?zhǔn)纠?/div>
在顯示的該配置中,前端接口針對(duì)寬帶采樣進(jìn)行了優(yōu)化,同時(shí)保留信號(hào)的直流成分。由于器件為+5.5 V耐壓。該設(shè)計(jì)使用+3.3 V 和−2 V AVDD 分離電源。這使得放大器的輸出端和ADC的輸入端之間共模簡(jiǎn)單對(duì)齊,兩者均需在AIN+和AIN−保持+0.525 V。同樣,注意幾個(gè)接地使能的放大器引腳功能(VSS),單電源現(xiàn)強(qiáng)制 設(shè)置為−2 V供電(新VSS)。
CM電壓輸出很簡(jiǎn)單,但是弄清楚放大器輸入的共模需求可能有點(diǎn)麻煩。需要為接口做兩件事:
一、輸入端CM電壓需要配置為0 V,否則,驅(qū)動(dòng)放大器失調(diào)將使輸出軌偏向一側(cè)。這將導(dǎo)致圖3所描述的性能問(wèn)題或更嚴(yán)重,—將出現(xiàn)放大器和轉(zhuǎn)換器信號(hào)鏈交流性能不佳。為此,放大器輸入端的每一側(cè)都需要允許電流流向地面,或該直流耦合案例中2 V。因此,在每個(gè)放大器輸入端添加2.2 k?的電阻來(lái)抑制失調(diào)電流。
工作原理:放大器輸出約為0.525 V,放大器輸入CM電壓為0 V。具有500 ?的內(nèi)部反饋電阻和約50 ?的輸入電阻使得它看起來(lái)有550 ?;或在本例中,我們假設(shè)一個(gè)50 ?源電阻與100 ?電阻并聯(lián),得到33 ?。再串聯(lián)20 ?增加到53 ?。這是串聯(lián)了500 ?內(nèi)部反饋電阻或總計(jì)553 ?。也就是形成了500 ?和53 ?的0.525 V電阻分壓器。反過(guò)來(lái),產(chǎn)生了900 μA (或0.525/553)的電流。為將此分流至地面或新VSS或−2 V,添加2.2 k?電阻或−2 V/2.2 k? = 900 μA。
二、輸入為單端輸入且需要適當(dāng)配置來(lái)保持最佳性能,同時(shí)維持較低偶數(shù)階失真。同樣,100 ?與50 ?源電阻有效并聯(lián),得到33.33 ?戴維南等效電阻,如前所述。這通常又會(huì)反映在VIN節(jié)點(diǎn)上,來(lái)平衡設(shè)備的輸入,因?yàn)樗菃味蓑?qū)動(dòng)的。但是,為了改善偶數(shù)階失真,VIN+節(jié)點(diǎn)上的20 ?用于保持所有寬帶頻率的低失真。這通過(guò)使用特定中頻約500 MHz完成,—或參見(jiàn)圖 5 測(cè)試示例。
圖5. 典型FFT性能@ 507 MHz AIN @ 2500 MSPS
由于它是一個(gè)迭代的過(guò)程,所以會(huì)有些乏味。圖6中所示為信號(hào)鏈設(shè)計(jì)中最高2 GHz輸入頻率的典型交流頻率掃描性能。
圖6. 典型交流頻率掃描性能@ 2500 MSPS
值得注意的是,添加了5.1 nH電感與電源的正供電軌輸入串聯(lián)。這有助于通過(guò)捕捉和再循環(huán)放大器內(nèi)部的這些不平衡電流來(lái)再次提高偶數(shù)階線性度性能與頻率。
最后,需要針對(duì)放大器和ADC之間的前端BW優(yōu)化接口。這通常 也以迭代的方式完成。但是,對(duì)于兩個(gè)IC之間某些值的設(shè)置有 幾點(diǎn)需注意。為了在接口中獲得最佳BW,請(qǐng)遵循以下規(guī)則——
● 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和/或ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)建議,選擇一個(gè)反沖電阻器(RKB),(本例中為?),通常介于5 ?和36 ?之間。
● 選擇放大器外部串聯(lián)電阻(RA)。如果放大器差分輸出阻抗在100 ?至200 ?范圍內(nèi),RA應(yīng)小于10 ?。如果放大器輸出阻抗為12 ?或更低,RA應(yīng)介于5 ?和36 ?之間。此時(shí),為ADL5567選擇10 ?串聯(lián)電阻和阻抗為10 ?的差分輸出。
● 放大器輸出的串聯(lián)與并聯(lián)總電阻應(yīng)與放大器的表征負(fù)載(RL)接近。這里,圖4電路中為160 ?,或2 RA + 2 RKB + RADC = 20 +40 + 100。ADL5567具有200 ?的RL,所以如果設(shè)計(jì)值偏離放大器的RL特性值太多,線性度性能可能出現(xiàn)偏差。
● 將內(nèi)部ADC電容CADC添加至10 ?串聯(lián)電阻后的并聯(lián)電容,來(lái)幫助完成內(nèi)部ADC采樣網(wǎng)絡(luò)反沖。這也提供了軟低通濾波來(lái)減少任何折回帶內(nèi)的寬帶諧波。
使用上述標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)出2 GHz通帶平坦度響應(yīng)產(chǎn)品,以捕捉1st和2nd奈奎斯特區(qū)內(nèi)的頻率,假設(shè)采樣速率為2.5 GSPS。該設(shè)計(jì)的輸入 驅(qū)動(dòng)規(guī)格將為−8 dBm或252 mV p-p,假設(shè)在100 MHz基準(zhǔn)頻率下具有50 ?輸入阻抗。這是放大器輸入要求轉(zhuǎn)換器達(dá)到滿量程的輸入滿量程電平。
圖7. 典型通帶平坦度性能和輸入驅(qū)動(dòng)電平
在任何直流耦合設(shè)計(jì)中,忽略轉(zhuǎn)換器的共模輸入電壓規(guī)格均可引起嚴(yán)重問(wèn)題。如果使用了多個(gè)級(jí)別,信號(hào)鏈中的共模水平必須保持一致,以防止兩個(gè)組件相互沖突。如果未正確耦合,其中一個(gè)將經(jīng)常在各級(jí)間取勝,產(chǎn)生虛假測(cè)量。對(duì)于交流耦合應(yīng)用,需在兩級(jí)之間使用一個(gè)耦合電容來(lái)打破這種共模不匹配。這樣設(shè)計(jì)才能夠優(yōu)化放大器輸出和ADC輸入的偏置。否則,系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需考慮雙電源或電平轉(zhuǎn)換電路,如以上直流耦合設(shè)計(jì)中的描述。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開(kāi)發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無(wú)死角,LED驅(qū)動(dòng)的全面進(jìn)化
- 開(kāi)關(guān)模式電源問(wèn)題分析及其糾正措施:晶體管時(shí)序和自舉電容問(wèn)題
- 熱電偶的測(cè)溫原理
- 【泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室】 遠(yuǎn)山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實(shí)驗(yàn):變壓器
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
SPANSION
SRAM
SSD
ST
ST-ERICSSON
Sunlord
SynQor
s端子線
Taiyo Yuden
TDK-EPC
TD-SCDMA功放
TD-SCDMA基帶
TE
Tektronix
Thunderbolt
TI
TOREX
TTI
TVS
UPS電源
USB3.0
USB 3.0主控芯片
USB傳輸速度
usb存儲(chǔ)器
USB連接器
VGA連接器
Vishay
WCDMA功放
WCDMA基帶
Wi-Fi
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛(ài)方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線檢測(cè) 芯片查詢 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉