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使用差分放大器ADL5562驱动高IF交流耦合应用中的宽带宽ADC (CN0110)

作者:soothmusic时间:2012-10-21

电路功能与优势

本电路采用高性能、差分、低噪声、超低失真、高输出线性度、引脚可搭接增益放大器 ADL5562和高速ADC,可提供高性能、高频采样。ADL5562针对驱动高频IF采样ADC进行了优化。与AD9445、AD9246或AD6655等高速ADC配合使用时,在100 MSPS以上、最大增益条件下,它可提供出色的SFDR(无杂散动态范围)性能。

图1. ADL5562与AD9445的宽带ADC接口示例(原理示意图,未显示所有连接和去耦)
 
电路描述

该电路采用高输出线性度放大器ADL5562,能够为AD9445等高速ADC提供可变增益、隔离和源阻抗匹配。利用该电路,当ADL5562的增益为6 dB(最小增益)时,在输入信号为140 MHz、采样速率为125 MSPS的条件下,SFDR性能可达到84 dBc,如图2所示。

ADL5562应通过宽带1:1传输线巴伦(或阻抗变压器)以差分方式驱动(来获得最佳性能),紧跟巴伦接两个34.8 Ω电阻,与ADL5562的输入阻抗并联。这样就可实现与图1所示50 Ω源阻抗的宽带匹配。请注意,针对各增益设置,ADL5562具有不同的输入阻抗(400 Ω、200 Ω和133 Ω分别对应于6 dB、12 dB和15.5 dB的增益设置)。对于12 dB增益,34.8 Ω电阻可提供最佳匹配;对于6 dB或15.5 dB增益,同样的电阻也可以提供足够好的匹配。图1所示的ADL5562连接对应于6 dB的增益。ADL5562的输出采用交流耦合,以消除共模直流负载,并使得该放大器能够偏置到内部产生的供电电压中间值。借助33 Ω串联电阻,可以改善ADL5562与模数采样保持输入电路中存在的任何开关电流之间的隔离性能。

使用ADL5562时,有多种配置方式可供设计人员选择。图1显示了一个简化的宽带接口,其中ADL5562驱动AD9445。 AD9445为14位、105 MSPS/125 MSPS模数转换器,具有缓冲宽带输入,由此产生2 kΩ||3 pF差分负载阻抗,要求具有2 V峰峰值差分输入摆幅才能达到满量程。本电路可为AD9445提供可变增益、隔离和源阻抗匹配。利用该电路,当ADL5562的增益为6 dB时,可获得图3所示的宽带系统性能,其3 dB带宽约为700 MHz。在预失真接收器设计和仪器仪表等宽带应用中,宽带频率响应也是一个优势。但是,若针对较宽的模拟输入频率范围进行设计,由于高频噪声会混叠至第一奈奎斯特频率区域,因此级联SNR(信噪比)性能会有所下降。

图2. 图1所示电路在140 MHz输入信号、125 MSPS采样速率时测得的单音性能
 
图3. 图1所示宽带电路的频率响应测量结果
 
常见变化

图4提供了另一种窄带方法。通过在ADL5562与目标ADC之间设计一个窄带通抗混叠滤波器,目标奈奎斯特频率区域外的ADL5562输出噪声得以衰减,有助于保持ADC的可用SNR性能。

一般而言,若用一个恰当阶数的抗混叠滤波器时,SNR性能会提高数个dB。本例采用一个低损耗1:1(阻抗比)输入变压器,使ADL5562的平衡输入与50 Ω不平衡源阻抗相匹配,从而将输入的插入损耗降至最低。

The narrow-band circuit shown in Figure 4 is optimized for driving some of 图4所示窄带电路针对驱动ADI的一些颇受欢迎的无缓冲输入ADC进行了优化,如AD9246、AD9640和AD6655等。表1列出了针对常用的IF采样中心频率,相关抗混叠滤波器元件的推荐值。电感L5与片内ADC输入电容及C4所提供电容的一部分并联,构成一个谐振电路。该谐振电路有助于确保ADC输入在目标中心频率条件下像个真实的电阻。此外,在直流时电感L5会使ADC输入短路,从而将一个零点引入传递函数。1 nF交流耦合电容会将更多零点引入传递函数。最终的整体频率响应呈现出带通特性,有助于抑制目标奈奎斯特频率区域外的噪声。表1提供了一些初步建议值供原型设计使用。可能还需要考虑一些经验优化方法,帮助补偿实际的PCB寄生效应。关于级间滤波器设计的详细信息,请参考应用笔记AN-827——“放大器与开关电容ADC接口的匹配方法”和 AN-742——“开关电容ADC的频域响应”。

在图1所示电路中,两个34.8 Ω电阻均要求精度为1%(1/10瓦)其它电阻的精度可以为10%(1/10瓦)。电容应为10%陶瓷芯片。在图4所示电路中,两个105 Ω电阻要求精度为1%(1/10瓦)。其它电阻、电容和电感的精度可以为10%。推荐使用Coilcraft 0603CS或类似的电感。

图4. 无缓冲开关电容ADC输入的窄带IF采样解决方案(原理示意图:未显示去耦和所有连接)
 

 

表1:针对不同IF采样频率的级间滤波器建议值

为了使本文所讨论的电路达到理想的性能,必须采用出色的布线、接地和去耦技术。至少应采用四层PCB:一层为接地层,一层为电源层,另两层为信号层。

所有IC电源引脚都必须采用0.01 μF至0.1 μF低电感多层陶瓷电容(MLCC),对接地层去耦(为简明起见,图中未显示),并应遵循各数据手册的相关建议。

有关布线方式和关键器件定位的建议,请参考产品评估板,可以通过器件的产品主页查询评估板。

即使ADL5562和AD9445(或其它ADC)采用不同电源供电,因为ADC的输入信号为交流耦合信号,所以时序控制也不是问题。


关键词: ADL5562 宽带宽ADC

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