技术问答系列专题之五：关于宽带ADC前端设计考虑(下)

问：选择放大器时要考虑哪些重要参数？

答：选用放大器代替变压器的主要理由是为了获得好的通带平坦性。如果这项技术指标对你的设计方案来说很关键，那么放大器在规定频率范围内的波动会小一些，通常为±0.1 dB。变压器的频率响应波动会小一些，当必须使用变压器时要求“精细调整”，所以平坦性是一个问题。

放大器的驱动能力是它的另一个优势。变压器不能驱动PCB板上很长的印制线。变压器用来直接连接到ADC。如果系统要求把驱动器或耦合器安装在远离ADC处，或者另外一块PCB板上，那么我们强烈推荐使用放大器。

直流耦合特性也是使用放大器的一个原因，因为变压器是固有的交流耦合器件。如果直流频段在应用中很重要，可选择放大器，因为有些高频放大器可以耦合一直到直流的频率。可选的典型放大器包括AD8138和ADA4937。

放大器还可以提供动态隔离(大约为30 dB～40 dB的反向隔离)以抑制无缓冲ADC输入端的瞬态电流产生的尖峰毛刺。

如果设计要求为ADC的模拟输入提供宽带增益，那么放大器会提供优于变压器的匹配。

另外要考虑带宽与噪声的折衷。如果采用的频率高于150MHz，变压器在保持SNR和SFDR方面会做得更好一些。然而，如果工作在第一奈奎斯特区或第二奈奎斯特区，那么变压器或放大器都可以使用。

问：ADI公司的那些放大器最适合驱动高性能ADC？

答：只有少数放大器最适合用于高速ADC的前端，包括AD81386和AD81397；AD83508，AD83519和AD835210；以及ADA4937和ADA4938。AD 8139通常用于设计基带系统，即有用输入频率低于50 MHz。AD8352通常用于设计中高频设计。这种放大器可以在高至200 MHz宽频带内具有优良的噪声和杂散抑制能力。ADA4937可以用于工作频率高达150 MHz，它的主要优点表现在驱动ADC的直流耦合应用，因为它可以提供很宽的共模输出电压范围。

问：我可能要用到的ADC的重要特性是什么？

答：目前流行的CMOS开关电容ADC没有内置的输入缓冲器，所以其功耗比带缓冲器的ADC要低一些。外部信号源直接连接到ADC的内置开关电容采样保持(SHA)电路(见图8)。这会产生两个问题。第一，输入阻抗随时间变化，因为工作方式在采样和保持之间不断切换。第二，注入到采样电容器的电荷会反射回信号源；这可能引起驱动电路里的无源滤波器的过渡延迟。

图8：带开关电容器ADC输入级电路框图。

重要的是把外部网络阻抗与ADC跟踪模式阻抗匹配，见图9。正如你看到的，输入阻抗的实部或阻性阻抗(用蓝色线表示)在低频段(基带)非常高(在几千欧姆范围内)，在超过100 MHz的频段下降到2 kΩ以下。

输入阻抗的虚部或容性阻抗(用红色线表示)，一开始从一个相当高的容性负载，然后在高频段减小大约3 pF(见右边纵坐标)。要匹配这样的输入阻抗是一个相当具有挑战性的设计问题，尤其是在频率高于100 MHz的情况下。

图9：跟踪模式下开关电容ADC的典型输入阻抗与频率关系曲线。

图10和图11中的波形示出了差分输入信号的优势。乍一看，图10中示出的ADC的单端输入波形看起来很差。但是，图11证明了单端输入波形受到的干扰几乎完全是由于共模电压的影响。

图10：带开关电容的ADC的单端输入与时钟相关的波形测量。

图11：带开关电容的ADC的差分输入与时钟相关的波形测量。

请看ADC的差分输入(见图11)，我们可以看到输入信号干净多了。与时钟相关的尖峰干扰消失了。差分信号固有的共模抑制特性能够消除共模噪声，包括来自电源、数字源和电荷注入引起的共模噪声。

带输入缓冲器的ADC比较容易理解和使用。输入源阻抗固定。缓冲器由晶体管组成，它以低阻抗驱动ADC，所以大大地减少了注入电荷和开关管引起的尖峰。与带开关电容的ADC不同，输入阻抗在模拟输入频率范围内变化很小，所以选择合适的驱动电路相对容易一些。带缓冲器的ADC特别适合于高线性、低噪声应用；它唯一的缺点是由于它自身的功导致ADC总功耗增加。