AD8335：高性能四通道可變增益放大器的深度剖析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對于成本和功耗敏感的應(yīng)用場景，找到一款性能卓越的可變增益放大器（VGA）至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討Analog Devices公司的AD8335四通道可變增益放大器，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

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一、AD8335的核心特性

1. 低噪聲前置放大器（PrA）

AD8335的前置放大器具有出色的低噪聲性能。電壓噪聲典型值為1.3 nV / √Hz，電流噪聲典型值為2.4 pA / √Hz，噪聲系數(shù)在(R{S}=R{IN}=50 Omega)時(shí)為7 dB。它采用單端輸入，最大輸入電壓為625 mV p-p，并且具備有源輸入匹配功能，在20 MHz噪聲帶寬下，輸入信噪比可達(dá)92 dB。

2. 可變增益放大器（VGA）

VGA部分采用差分輸出，最大輸出電壓在(R_{L}=500 Omega)差分負(fù)載下可達(dá)5 V p-p。增益范圍靈活，在低增益模式下為?10 dB至 +38 dB，高增益模式下為?2 dB至 +46 dB，且以8 dB為輸出增益步長。其增益控制精確，呈線性dB關(guān)系。

3. 整體性能

PrA和VGA組合后，?3 dB帶寬可達(dá)85 MHz，具備優(yōu)秀的過載性能。供電電壓為5 V，功耗方面，每個(gè)通道在正常工作時(shí)為95 mW（總功耗380 mW），關(guān)閉PrA時(shí)每個(gè)通道為65 mW（總功耗260 mW），還支持掉電功能。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

AD8335的應(yīng)用場景十分豐富，涵蓋了醫(yī)療成像（如超聲、伽馬相機(jī)）、聲納、測試與測量等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，它能夠?qū)崿F(xiàn)精確、穩(wěn)定的寬帶增益控制，滿足不同場景下對信號處理的要求。

三、詳細(xì)規(guī)格解讀

1. 前置放大器特性

前置放大器的增益在單端輸入到差分輸出時(shí)為18 dB，單端輸入到單端輸出時(shí)為12 dB。輸入電容在PIPx引腳處典型值為1.5 pF，?3 dB小信號帶寬在(R{FB}=249 Omega)時(shí)為110 MHz，輸入電壓噪聲在(R{S}=0 Omega, R_{FB}=infty)時(shí)為1.15 nV / √Hz。

2. PrA + VGA組合特性

組合后的?3 dB小信號帶寬在未端接時(shí)為70 MHz，匹配時(shí)為85 MHz。壓擺率在低增益和高增益模式下分別為250 V/μs和350 V/μs，輸入電壓噪聲在VGNx引腳為3 V，(R{S}=0 Omega, R{FB}=infty)時(shí)為1.3 nV / √Hz。

3. 增益控制與其他性能指標(biāo)

增益控制接口的VGNx引腳正常工作范圍有明確規(guī)定，增益范圍在低增益和高增益模式下不同，且具備精確的增益精度。其他性能指標(biāo)如通道間串?dāng)_、過載恢復(fù)時(shí)間、群延遲變化等也都表現(xiàn)出色。

四、工作原理剖析

1. 單通道結(jié)構(gòu)

每個(gè)通道由低噪聲前置放大器（PrA）和可變增益放大器（VGA）組成，VGA的增益可在20 dB或28 dB中選擇。通道以成對的方式啟用，PrA通過SPxx引腳控制開關(guān)，VGAs和整個(gè)通道通過ENxx引腳啟用。HLxx引腳用于配置VGA的固定增益。

2. 信號路徑與增益分布

信號路徑全程采用全差分設(shè)計(jì)，以最大化信號擺幅并減少偶次失真。前置放大器設(shè)計(jì)為可由單端信號源驅(qū)動(dòng)，增益值從單端PrA輸入到PrA或VGA的差分輸出進(jìn)行參考。系統(tǒng)增益分布在不同部分有明確規(guī)定。

五、典型性能特性

1. 增益相關(guān)特性

增益與(V_{GADV})的關(guān)系在不同溫度下有不同表現(xiàn)，增益誤差直方圖顯示了增益誤差的分布情況，增益縮放因子直方圖則展示了增益縮放因子的分布。

2. 其他性能特性

輸出阻抗、輸入阻抗、噪聲、失真等性能特性也都有詳細(xì)的測試數(shù)據(jù)和圖表展示。例如，輸出電阻在VOHx和VOLx引腳與頻率的關(guān)系、前置放大器輸入電阻在不同(R_{FB})值下與頻率的關(guān)系等。

六、應(yīng)用信息與連接建議

1. 超聲應(yīng)用

在超聲應(yīng)用中，AD8335是關(guān)鍵組件。超聲系統(tǒng)需要時(shí)間增益控制（TGC）補(bǔ)償，線性dB的VGA是最佳解決方案。它能夠滿足超聲信號鏈對低噪聲、有源輸入端接、快速過載恢復(fù)、低功耗和差分驅(qū)動(dòng)ADC等要求。

2. 基本連接

輸入信號從左側(cè)進(jìn)入，輸出信號從右側(cè)輸出，需要多層印刷電路板。電源供應(yīng)隔離針對前置放大器和VGA部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

3. 前置放大器連接

為實(shí)現(xiàn)輸入匹配，通過反饋電阻(R{FB})進(jìn)行交流耦合。對于不同的源電阻，有相應(yīng)的(R{FB})計(jì)算方法。同時(shí)，前置放大器的PMD引腳需電容耦合到地，PIPx輸入需從信號源進(jìn)行電容耦合。

4. 輸入過載保護(hù)

在超聲應(yīng)用中，輸入過載保護(hù)至關(guān)重要。前置放大器和VGA都有內(nèi)置的過載保護(hù)，并且能在過載事件后快速恢復(fù)?？梢酝ㄟ^外部的過載保護(hù)方案，如安裝背對背的肖特基二極管來增強(qiáng)系統(tǒng)的過載性能。

5. 邏輯輸入與共模引腳

邏輯輸入用于控制通道的啟用和關(guān)閉，以及前置放大器的開關(guān)。共模VCMx引腳用于將每個(gè)通道的內(nèi)部共模參考旁路到地，需要在四個(gè)引腳處分別連接電容。

6. 驅(qū)動(dòng)ADC

AD8335的VGA設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)10位和12位ADC，通過交流耦合可以解決VGA輸出和ADC輸入之間的共模電壓差異問題。在需要抗混疊濾波器（AAF）時(shí)，采用差分配置更為有利。

七、評估板與訂購信息

1. 評估板

AD8335評估板是一個(gè)方便的工具，可用于實(shí)驗(yàn)和測試AD8335的功能。通過開關(guān)可以連接或斷開低噪聲前置放大器和VGA通道，以及選擇兩個(gè)增益范圍。只需連接5 V/200 mA電源和差分探頭，就可以觀察輸出電壓。

2. 訂購信息

提供了不同型號的訂購選項(xiàng)，包括不同的溫度范圍和封裝形式，并且有符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品可供選擇。

總的來說，AD8335以其出色的性能、靈活的增益控制和廣泛的應(yīng)用場景，成為電子工程師在設(shè)計(jì)成本和功耗敏感應(yīng)用時(shí)的一個(gè)優(yōu)秀選擇。你在實(shí)際應(yīng)用中是否使用過類似的VGA呢？遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和看法。