低噪聲、超低失真的高速差分放大器ADA4927，助力驅(qū)動(dòng)高性能ADC

在電子工程師的日常工作中，為高性能ADC選擇一款合適的驅(qū)動(dòng)放大器至關(guān)重要。ADA4927作為一款低噪聲、超低失真、高速的電流反饋差分放大器，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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卓越特性，盡顯優(yōu)勢(shì)

超低諧波失真

諧波失真在很多應(yīng)用中都是影響信號(hào)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。ADA4927在這方面表現(xiàn)堪稱(chēng)出色，在10MHz時(shí)，HD2低至-105dBc，HD3低至-103dBc；在70MHz時(shí)，HD2為-91dBc，HD3為-98dBc；在100MHz時(shí)，HD2為-87dBc，HD3為-89dBc。與電壓反饋（VF）放大器相比，在更高增益下，ADA4927的失真性能更優(yōu)。大家有沒(méi)有在實(shí)際項(xiàng)目中遇到過(guò)諧波失真嚴(yán)重影響信號(hào)的情況呢？

低輸入電壓噪聲與高速特性

其輸入電壓噪聲僅為1.4nV/√Hz，能夠有效降低對(duì)信號(hào)的干擾。同時(shí)具備高速性能，-3dB帶寬達(dá)到2.3GHz，0.1dB增益平坦度可達(dá)150MHz，壓擺率為5000V/μs（25% - 75%），0.1%建立時(shí)間僅為10ns。這樣的高速特性在處理高頻信號(hào)時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。

其他特性

低輸入失調(diào)電壓典型值為0.3mV，外部可調(diào)節(jié)增益，穩(wěn)定性和帶寬由反饋電阻控制，支持差分 - 差分或單端 - 差分操作，輸出共模電壓可調(diào)，寬電源操作范圍為+5V至±5V。這些特性使得ADA4927在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中都能靈活適配。

廣泛應(yīng)用，滿(mǎn)足多樣需求

ADC驅(qū)動(dòng)

在驅(qū)動(dòng)高達(dá)16位分辨率、從直流到100MHz的高性能ADC時(shí)，ADA4927是理想之選。其低直流失調(diào)和出色的動(dòng)態(tài)性能，能很好地滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理應(yīng)用的需求。

單端 - 差分轉(zhuǎn)換器

可將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，為后續(xù)的差分電路提供合適的輸入。

IF和基帶增益模塊

在中頻（IF）和基帶信號(hào)處理中，能夠提供穩(wěn)定的增益。

差分緩沖器和差分線驅(qū)動(dòng)器

為差分信號(hào)提供緩沖和驅(qū)動(dòng)能力，保證信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

性能參數(shù)，精準(zhǔn)把握

不同電源下的性能表現(xiàn)

在±5V和+5V兩種電源操作下，ADA4927都有詳細(xì)的性能參數(shù)。例如在±5V操作時(shí)，不同頻率下的諧波失真、噪聲性能、輸入輸出特性等都有明確的指標(biāo)。在+5V操作時(shí)，也有相應(yīng)的建立時(shí)間、諧波失真、輸入輸出特性等參數(shù)。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了精準(zhǔn)的參考。大家在選擇電源時(shí)，會(huì)更注重哪些性能參數(shù)的變化呢？

絕對(duì)最大額定值和熱阻

絕對(duì)最大額定值規(guī)定了器件的安全工作范圍，如工作溫度范圍為-40°C至+105°C，焊接時(shí)引腳溫度（10秒）為300°C等。熱阻方面，16引腳LFCSP（暴露焊盤(pán)）的θJA為87°C/W，24引腳LFCSP（暴露焊盤(pán)）的θJA為47°C/W。了解這些參數(shù)有助于確保器件在安全的條件下工作。

典型性能，直觀展示

通過(guò)大量的圖表直觀地展示了ADA4927在不同條件下的性能。例如不同增益下的小信號(hào)和大信號(hào)頻率響應(yīng)、不同電源下的頻率響應(yīng)、不同溫度下的頻率響應(yīng)、不同負(fù)載下的頻率響應(yīng)等，還有諧波失真與頻率、電源、增益等的關(guān)系，以及無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍、串?dāng)_、共模抑制比、電源抑制比等性能與頻率的關(guān)系。這些圖表能幫助工程師更直觀地了解器件的性能特點(diǎn)，從而更好地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)，不容忽視

輸入阻抗計(jì)算

對(duì)于單端輸入信號(hào)，其輸入阻抗的計(jì)算與傳統(tǒng)運(yùn)算放大器有所不同。由于差分輸出電壓的一部分以共模信號(hào)形式出現(xiàn)在輸入，部分自舉輸入電阻RG上的電壓，使得電路的輸入阻抗實(shí)際上比傳統(tǒng)連接方式更高。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確計(jì)算輸入阻抗是保證信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵。

單端輸入端接

當(dāng)對(duì)單端輸入進(jìn)行端接時(shí)，需要按照特定的步驟進(jìn)行。首先計(jì)算輸入阻抗，然后計(jì)算匹配源電阻的端接電阻，接著補(bǔ)償增益電阻的不平衡，最后進(jìn)行最終增益調(diào)整。在這個(gè)過(guò)程中，要注意端接對(duì)閉環(huán)增益和輸出電壓的影響。對(duì)于小的RF和RG或高增益情況，閉環(huán)增益的減小可能無(wú)法完全被VTH的增加所抵消，需要通過(guò)調(diào)整RF來(lái)獲得期望的輸出電壓。

輸入共模電壓范圍

ADA4927的輸入共模范圍在兩個(gè)電源軌之間居中，這與其他具有電平偏移輸入范圍的ADC驅(qū)動(dòng)不同。在±5V電源下，放大器求和節(jié)點(diǎn)的輸入共模范圍為-3.5V至+3.5V；在單+5V電源下，為+1.3V至+3.7V。在設(shè)計(jì)時(shí)，要確保+IN和 - IN端子的電壓擺幅在這個(gè)范圍內(nèi)，以避免非線性。

輸入和輸出電容交流耦合

輸入交流耦合電容可以插入源和RG之間，輸出交流耦合電容可以串聯(lián)在每個(gè)輸出和相應(yīng)負(fù)載之間。但要注意將交流耦合電容放置在兩個(gè)環(huán)路中，以保持反饋因子匹配。

設(shè)置輸出共模電壓

VOCM引腳內(nèi)部由兩個(gè)10kΩ電阻組成的分壓器偏置，電壓約等于電源中點(diǎn)。如果需要精確控制輸出共模電平，建議使用源電阻小于100Ω的外部源或電阻分壓器。也可以將VOCM輸入連接到ADC的共模電平（CML）輸出，但要確保輸出有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。

電源關(guān)斷

電源關(guān)斷功能可以在器件不使用時(shí)降低功耗，但在環(huán)境溫度低于0°C的應(yīng)用中，不建議使用該功能。

布局、接地和旁路

作為高速器件，ADA4927對(duì)PCB環(huán)境敏感。需要一個(gè)盡可能覆蓋ADA4927周?chē)娐钒迕娣e的實(shí)心接地平面，但要清除反饋電阻（RF）、增益電阻（RG）和輸入求和節(jié)點(diǎn)附近的接地和電源平面，以減少雜散電容。電源引腳應(yīng)盡可能靠近器件并直接旁路到附近的接地平面，使用高頻陶瓷芯片電容。信號(hào)布線要短而直接，對(duì)于互補(bǔ)信號(hào)要提供對(duì)稱(chēng)布局，差分信號(hào)布線要靠近并扭絞。

應(yīng)用案例，實(shí)戰(zhàn)參考

以ADA4927驅(qū)動(dòng)AD9445 14位、105 MSPS ADC為例，采用單5V電源，增益為10，實(shí)現(xiàn)單端輸入到差分輸出。通過(guò)合理配置終止電阻，為源提供50Ω端接。輸入和輸出采用交流耦合，減少直流共模電流，降低放大器負(fù)載和功耗。輸出通過(guò)二階低通濾波器與ADC連接，降低放大器噪聲帶寬，隔離驅(qū)動(dòng)器輸出和ADC輸入。這個(gè)案例為工程師在實(shí)際應(yīng)用中提供了很好的參考。

ADA4927憑借其卓越的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和詳細(xì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為電子工程師在設(shè)計(jì)高性能ADC驅(qū)動(dòng)電路時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求，結(jié)合器件的性能參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)。大家在使用ADA4927的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)一些獨(dú)特的問(wèn)題或者有什么好的經(jīng)驗(yàn)分享呢？歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。