探索MAX9626/MAX9627/MAX9628：低噪聲、低失真的1.35GHz全差分放大器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，高性能的放大器是許多應(yīng)用中的關(guān)鍵組件。今天，我們來深入了解一下Maxim推出的MAX9626/MAX9627/MAX9628系列低噪聲、低失真的1.35GHz全差分放大器，看看它們能為我們的設(shè)計帶來哪些優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9626/MAX9627/MAX9628適用于從直流到1.35GHz的應(yīng)用，是低噪聲、低失真、高帶寬的差分放大器/ADC驅(qū)動器。其極低的輸入?yún)⒖荚肼暫偷褪д嫣匦?，使其成為?qū)動高速12位至16位流水線ADC的理想選擇。通過VOCM輸入引腳可以設(shè)置輸出共模電壓，無需耦合變壓器或交流耦合電容。該系列IC具有關(guān)斷模式以節(jié)省功耗，采用12引腳、3mm x 3mm TQFN封裝，工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C。

二、產(chǎn)品特性

2.1 低噪聲與低失真

• 低電壓噪聲密度：僅為3.6nV/√Hz，能有效減少信號中的噪聲干擾，提高信號質(zhì)量。
• 低諧波失真：在10MHz時，HD2/HD3可達(dá) -102/-105dB；在125MHz時，HD2/HD3為 -86/-80dB，確保信號的高保真度。

  2.2 靈活的增益選項

  工廠預(yù)設(shè)了1V/V、2V/V、4V/V三種增益選項，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇，增強了產(chǎn)品的通用性。

  2.3 高帶寬

  擁有1.35GHz的小信號帶寬，能夠處理高頻信號，滿足高速應(yīng)用的要求。

  2.4 可調(diào)節(jié)輸出共模電壓

  通過VOCM輸入引腳可靈活設(shè)置輸出共模電壓，使放大器能更好地與后續(xù)電路匹配。

  2.5 多種工作模式

  支持差分輸入到差分輸出或單端輸入到差分輸出的工作模式，適應(yīng)不同的信號源和負(fù)載。

  2.6 低功耗設(shè)計

  關(guān)斷電流僅為25μA，在不工作時能有效降低功耗，延長設(shè)備的續(xù)航時間。

  2.7 寬電源電壓范圍

  支持 +2.85V至 +5.25V的單電源電壓，可適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。

  2.8 小封裝

  采用3mm x 3mm 12引腳TQFN封裝，節(jié)省了電路板空間，適合小型化設(shè)計。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

該系列放大器具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括但不限于：

• 通信領(lǐng)域：在無線通信、光纖通信等系統(tǒng)中，可用于信號放大和驅(qū)動ADC，提高通信質(zhì)量。
• 醫(yī)學(xué)成像：如CT、MRI等設(shè)備中，對信號的精度和質(zhì)量要求較高，MAX9626/MAX9627/MAX9628的低噪聲和低失真特性能夠滿足其需求。
• 自動測試設(shè)備（ATE）：可用于測試各種電子器件的性能，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 高性能儀器儀表：如示波器、頻譜分析儀等，為儀器提供高質(zhì)量的信號放大。

四、電氣特性

4.1 直流特性

• 電源電壓范圍：2.85V至5.25V，保證了在不同電源條件下的穩(wěn)定工作。
• 電源電流：在正常工作時，典型值為59 - 80mA；關(guān)斷時為25 - 50μA。
• 電源抑制比（PSRR）：不同型號在不同條件下的PSRR有所差異，一般在60 - 92dB之間，能有效抑制電源噪聲對信號的影響。
• 差分電壓增益：MAX9626為1V/V，MAX9627為2V/V，MAX9628為4V/V，與預(yù)設(shè)的增益選項一致。
• 增益誤差：在 -1V至 +1V的輸出電壓范圍內(nèi)，增益誤差在 -2 ±0.2%至 +2%之間，保證了增益的準(zhǔn)確性。
• 輸入失調(diào)電壓：不同型號和溫度條件下有所不同，一般在2 ±8mV至2 ±13mV之間。
• 共模輸入電壓范圍：根據(jù)不同型號和VOCM的設(shè)置，輸入電壓范圍有所變化，能適應(yīng)不同的輸入信號。

  4.2 交流特性

• 3dB大信號帶寬：不同型號的3dB大信號帶寬在1000 - 1350MHz之間，可處理較高頻率的信號。
• 0.1dB大信號帶寬：在80 - 90MHz之間，保證了在一定帶寬內(nèi)信號的平坦度。
• 壓擺率：典型值在5500 - 6500V/μs之間，能夠快速響應(yīng)信號的變化。
• 交流電源抑制比（AC PSRR）：一般在62 - 65dB之間，進(jìn)一步抑制交流電源噪聲。
• 輸入電壓噪聲：在10MHz時，不同型號的輸入電壓噪聲在3.6 - 5.7nV/√Hz之間。
• 噪聲系數(shù)：在Rs = 50Ω時，不同型號的噪聲系數(shù)在18.1 - 22.2dB之間。
• 諧波失真：在不同頻率和輸出電壓條件下，HD2和HD3的失真情況有所不同，如在10MHz、VCC = 5V、VOUT+ - VOUT- = 2.0VP-P時，MAX9626的HD2/HD3為 -98/-103dB。
• 容性負(fù)載：在不出現(xiàn)持續(xù)振蕩的情況下，可驅(qū)動的容性負(fù)載為10pF。
• 上電時間：典型值為2.3μs，能夠快速進(jìn)入工作狀態(tài)。

五、典型工作特性

文檔中給出了大量的典型工作特性曲線，包括諧波失真與頻率、負(fù)載、輸出擺幅的關(guān)系，小信號帶寬與頻率、負(fù)載、VVOCM的關(guān)系，電源電流與溫度、電源電壓的關(guān)系等。這些曲線能夠幫助工程師更好地了解放大器在不同條件下的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的設(shè)計。例如，通過諧波失真與負(fù)載的關(guān)系曲線，我們可以選擇合適的負(fù)載電阻，以降低諧波失真，提高信號質(zhì)量。

六、引腳配置與功能

6.1 引腳配置

6.2 引腳功能

• 輸入引腳：IN+和IN-用于輸入差分信號；VOCM用于設(shè)置輸出共模電壓。
• 輸出引腳：OUT+和OUT-輸出差分信號。
• 電源引腳：VCC和VEE提供電源。
• 關(guān)斷引腳：SHDN用于控制放大器的關(guān)斷模式，低電平時進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，降低功耗。

七、詳細(xì)工作原理

7.1 反饋回路

該系列放大器采用電壓反饋實現(xiàn)差分輸入到差分輸出的放大功能。內(nèi)部有兩個反饋回路：

• 差分反饋回路：利用片上電阻設(shè)置差分增益，信號在輸入和輸出端以差分方式處理。
• 共模反饋回路：控制輸出端的共模電壓，使反相和同相輸出端的共模電壓等于VOCM輸入引腳的電壓，且輸出信號幅度相等、相位相差180°，實現(xiàn)完美平衡。

  7.2 輸入阻抗

  放大器的輸入阻抗由內(nèi)部增益電阻決定，因此源阻抗會影響放大器的增益。為實現(xiàn)源阻抗匹配，需要使用輸入端接電阻。如果選擇使用片上端接電阻，在單端輸入配置下，放大器的輸入阻抗為50Ω。

  7.3 固定增益選項

  IC內(nèi)部有增益電阻，可實現(xiàn)出色的帶寬和失真性能。由于增益電阻和放大器輸入之間的虛擬接地節(jié)點在器件內(nèi)部，這些節(jié)點的寄生電容被降至最低，從而提高了器件的交流性能。該系列有三種增益選項，具體參數(shù)如下表所示：	增益（V/V）	RG（Ω）	RF（Ω）	3dB帶寬（GHz）
  1	200	200	1
  2	150	300	1.35
  4	125	500	1.15

  差分增益由公式 (G = RF / RG) 計算得出。

  7.4 內(nèi)部端接

  當(dāng)源阻抗RS為50Ω且放大器輸入阻抗需要與之匹配時，可使用內(nèi)部RT電阻。對于由差分源阻抗驅(qū)動的完美平衡電路，放大器的輸入阻抗 (RIN = 2 × RG)；對于單端輸入應(yīng)用，輸入阻抗的計算需要滿足 (R_{IN} || RT = Rs) ，由此可推斷出在各種情況下RT約為64Ω。

八、應(yīng)用信息

8.1 輸入電壓范圍

在典型應(yīng)用中，可將以地為參考的單端輸入信號轉(zhuǎn)換為差分輸出信號，用于驅(qū)動高速流水線ADC。即使在單電源工作（VEE連接到GND）的情況下，該系列IC也允許輸入信號低于地電平，具體低于地電平的程度取決于增益選項。可使用公式 (V{IN_CM} = (V{AMP} - V{OUT_CM}) / (G + 1)) 來確定輸入共模范圍，其中 (V{IN_CM}) 為輸入共模電壓，(V{AMP}) 為內(nèi)部放大器輸入節(jié)點的電壓，(V{OUT_CM}) 為輸出共模電壓，G為器件增益。

8.2 輸入電壓噪聲

電氣特性表中報告的輸入?yún)⒖茧妷涸肼曇?guī)格包括放大器和所有內(nèi)部電阻元件的噪聲貢獻(xiàn)。由于這些電阻元件會根據(jù)增益選擇而變化，因此輸入電壓噪聲規(guī)格也會因增益選項而異。

8.3 設(shè)置輸出共模電壓

通過VOCM輸入引腳可設(shè)置差分輸出共模電壓，其范圍從1.1V到VCC - 1.1V，使該系列放大器與大多數(shù)高速流水線差分輸入ADC兼容。它可以輕松驅(qū)動3.3V和5V的ADC，當(dāng)VCC為5V或更高時，還能驅(qū)動一些共模范圍高于3V的流行ADC。VOCM的高帶寬使放大器的輸出能夠從負(fù)載瞬態(tài)條件中快速恢復(fù)，例如在ADC的跟蹤和保持階段切換輸入電容時可能出現(xiàn)的負(fù)載瞬態(tài)情況。

8.4 電源去耦和布局技術(shù)

作為高速器件，該系列IC對PCB環(huán)境較為敏感，要實現(xiàn)其卓越性能，需要注意高速PCB設(shè)計的細(xì)節(jié)：

• 接地平面：在PCB第二層設(shè)置連續(xù)的實心接地平面，盡量避免信號或電源走線。
• 電源去耦：單電源工作時，在VCC電源節(jié)點附近放置一個大電容，然后在VCC引腳附近放置一個小電容，對于1GHz去耦，可使用22pF至100pF的電容。使用分離電源時，在VEE電源上也放置相關(guān)電容。
• 接地過孔：在去耦電容附近放置接地過孔，為高頻信號提供接地返回路徑。在暴露焊盤的邊緣和引腳附近也放置接地過孔，縮短返回路徑并最大化隔離。在輸入和輸出信號走線旁邊也放置過孔。
• 信號走線：信號走線應(yīng)短而直接，避免寄生效應(yīng)。對于高頻設(shè)計，避免使用直角連接器，以免引入電容不連續(xù)性，限制頻率響應(yīng)。

九、推薦的流水線ADC

MAX9626/MAX9627/MAX9628系列具有出色的帶寬和失真性能，與市場上大多數(shù)高速16位分辨率流水線ADC相匹配。特別推薦與MAX19586/MAX19588系列16位、100Msps流水線ADC配合使用。對于較低分辨率的應(yīng)用，也可驅(qū)動10 - 14位的ADC，如MAX12553/MAX12554/MAX12555、MAX12527/MAX12528/MAX12529和MAX19505/MAX19506/MAX19507系列。

十、總結(jié)

MAX9626/MAX9627/MAX9628系列低噪聲、低失真的1.35GHz全差分放大器具有豐富的特性和出色的性能，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。通過合理的設(shè)計和布局，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為電子系統(tǒng)提供高質(zhì)量的信號放大。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，參考文檔中的電氣特性和典型工作特性，選擇合適的增益選項、負(fù)載電阻、電源電壓等參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的性能表現(xiàn)。你在使用這類放大器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。