構(gòu)建全差分輸入ADC的模擬前端信號(hào)鏈路

下圖是一個(gè)經(jīng)典的全差分輸入 ADC的模擬前端信號(hào)鏈路，包括第一級(jí)的輸入緩沖放大器，第二級(jí)的增益/濾波器及最后一級(jí)的全差分放大器。

圖1 全差分輸入ADC的模擬前端信號(hào)鏈路

輸入緩沖放大器的作用：作為鏈路的第一級(jí)，它接收來(lái)自“Analog Input”的高阻抗信號(hào)源，其高輸入阻抗有效隔離了信號(hào)源與后續(xù)電路，防止后續(xù)電路（如增益/濾波器級(jí)）的輸入阻抗成為信號(hào)源的負(fù)載，從而避免信號(hào)在源頭處發(fā)生衰減或失真，并提供驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路，是整個(gè)鏈路的橋梁。我司的HA1002是小信號(hào)帶寬500MHz的高速寬帶運(yùn)算放大器，具有高輸入阻抗以及高寬帶、低噪聲等特點(diǎn)，適用于用作第一級(jí)的輸入緩沖放大器。

在設(shè)計(jì)分辨率高于14 位 ADC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAQ)時(shí)，選擇性能優(yōu)于ADC且留有足夠裕度的全差分放大器做ADC的驅(qū)動(dòng)器，可以有效減少ADC驅(qū)動(dòng)器對(duì)ADC性能的影響。 HA1001E型高速差分放大器（FDA）可將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)并驅(qū)動(dòng)全差分輸入 ADC。上圖顯示了HA1001E型高速差分放大器（FDA）在驅(qū)動(dòng)差分輸入 ADC 的模擬前端最后一級(jí)中的位置。

差分ADC驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)化了單端至差分及差分至差分的轉(zhuǎn)換、共模電平偏移及差分信號(hào)的放大。 相對(duì)于單端驅(qū)動(dòng)器，它們有更低的失真和更快的建立時(shí)間。

差分VFB ADC驅(qū)動(dòng)器與單端放大器的區(qū)別：

除了通常的反相和同相輸入外，HA1001E型高速差分放大器還有另外的輸入 VOCM，它能夠偏移差分輸出的共模電壓（見圖 2）,與 VFB 運(yùn)算放大器相類似，閉環(huán)增益由輸入電阻和反饋電阻來(lái)設(shè)定，但對(duì)于反相輸入和同相輸入的電阻須是獨(dú)立的且要匹配。內(nèi)置的共模反饋環(huán)路使得輸出在很寬的頻率范圍上具有極好的平衡，外部元件無(wú)需嚴(yán)格匹配，于是，差分輸出與理想非常接近，即幅度一致，而相位嚴(yán)格相差 180°。同樣，若需要，也可通過 VOCM功能保持信號(hào)中的直流分量。

圖2 HA1001E型高速差分放大器（含 VOCM輸入）

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

1、為保證信號(hào)的準(zhǔn)確性FDA帶寬與ADC采樣速率要相匹配。

2、選擇低輸入?yún)⒖荚肼暤娜罘诌\(yùn)放以提高ADC的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍。

3、全差分運(yùn)放的輸出電壓擺幅應(yīng)滿足ADC的滿標(biāo)量程范圍，否則會(huì)出現(xiàn)削波或失真。

4、輸入和輸出阻抗要匹配，可以避免信號(hào)反射或負(fù)載效應(yīng)。

5、穩(wěn)定時(shí)間需要在ADC采集時(shí)間的1/2LSB范圍內(nèi)。

6、通過優(yōu)化器件引腳布局減小雜散電容。

7、驅(qū)動(dòng)高分辨率 ADC，要注意-3dB 帶寬及增益平坦度，特別地，還要考慮作為頻率的函數(shù)的諧波失真。

HA1001E型高速差分放大器主要參數(shù)

HA1002型500M高速寬帶運(yùn)算放大器主要參數(shù)