高速視頻多路復(fù)用器AD8180/AD8182：性能、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在高速電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，選擇合適的多路復(fù)用器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的信號(hào)切換至關(guān)重要。AD8180和AD8182作為高性能的高速2對(duì)1多路復(fù)用器，憑借其卓越的性能在眾多應(yīng)用中脫穎而出。本文將深入剖析這兩款多路復(fù)用器的特點(diǎn)、性能指標(biāo)、工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，為電子工程師們提供全面的參考。

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產(chǎn)品概述

AD8180為單通道，AD8182為雙通道，它們具備高速切換能力（10ns）和超寬帶寬（>750MHz），同時(shí)功耗較低，AD8180為3.8mA，AD8182為6.8mA。這兩款產(chǎn)品在視頻規(guī)格方面表現(xiàn)出色，如增益平坦度、差分增益誤差、差分相位誤差等指標(biāo)都非常優(yōu)秀，適用于專業(yè)視頻多路復(fù)用等高速應(yīng)用場(chǎng)景。

產(chǎn)品特點(diǎn)分析

高速性能

AD8180/AD8182具有極快的通道切換速度，從50%邏輯電平到10%輸出建立僅需5ns，到90%輸出建立為10ns，到99.9%輸出建立為14ns。這種快速切換能力使其在需要實(shí)時(shí)信號(hào)切換的應(yīng)用中表現(xiàn)卓越，例如像素切換和多視頻源切換。此外，其750V/μs的壓擺率確保了信號(hào)能夠快速準(zhǔn)確地跟隨輸入變化，減少信號(hào)失真。

寬帶寬特性

兩款產(chǎn)品的-3dB信號(hào)帶寬均大于750MHz，AD8180R在小信號(hào)下甚至可達(dá)930MHz。如此高的帶寬能夠滿足高頻信號(hào)的傳輸需求，在處理高速視頻信號(hào)時(shí)能夠保證信號(hào)的完整性，減少信號(hào)衰減和失真。

低功耗設(shè)計(jì)

AD8180的功耗僅為3.8mA，AD8182為6.8mA，低功耗設(shè)計(jì)不僅降低了系統(tǒng)的能耗，減少了散熱需求，還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在一些對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用中，如便攜式設(shè)備或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的系統(tǒng)中，這種低功耗特性顯得尤為重要。

優(yōu)秀的視頻規(guī)格

在視頻應(yīng)用中，增益平坦度、差分增益誤差和差分相位誤差是關(guān)鍵指標(biāo)。AD8180和AD8182在這些方面表現(xiàn)出色，在100MHz以上仍能保持0.1dB的增益平坦度，差分增益誤差和差分相位誤差僅為0.02%和0.02°，這使得它們成為專業(yè)視頻多路復(fù)用的理想選擇。

高隔離和低串?dāng)_

兩款產(chǎn)品具有大于80dB的串?dāng)_和隔離度，在5MHz時(shí)，全串?dāng)_低至-80dB，關(guān)斷隔離度高達(dá)-90dB。這種高隔離和低串?dāng)_特性能夠有效減少通道之間的相互干擾，確保信號(hào)的純凈度和準(zhǔn)確性，適用于多通道信號(hào)處理的應(yīng)用場(chǎng)景。

快速輸出禁用功能

AD8180和AD8182均具備快速輸出禁用功能，可將輸出配置為高阻抗?fàn)顟B(tài)。這一功能使得多個(gè)輸出可以連接在一起進(jìn)行級(jí)聯(lián)，而關(guān)斷通道不會(huì)對(duì)輸出總線產(chǎn)生負(fù)載影響，方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展和設(shè)計(jì)。

性能指標(biāo)詳解

開(kāi)關(guān)特性

包括通道切換時(shí)間、使能到通道開(kāi)啟時(shí)間、使能到通道關(guān)閉時(shí)間等。這些時(shí)間參數(shù)對(duì)于確保信號(hào)的及時(shí)切換和穩(wěn)定輸出至關(guān)重要。例如，在像素切換應(yīng)用中，快速的通道切換時(shí)間能夠保證畫面的流暢性和準(zhǔn)確性。

動(dòng)態(tài)性能

如-3dB帶寬、0.1dB帶寬、壓擺率和建立時(shí)間等。這些指標(biāo)直接影響信號(hào)的頻率響應(yīng)和失真程度。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的帶寬和壓擺率，以確保信號(hào)能夠在系統(tǒng)中準(zhǔn)確傳輸。

失真/噪聲性能

包括差分增益、差分相位、全串?dāng)_、關(guān)斷隔離、電壓噪聲和總諧波失真等。低差分增益和差分相位誤差能夠保證信號(hào)的幅度和相位準(zhǔn)確性，低串?dāng)_和高隔離度可以減少通道間的干擾，低電壓噪聲和總諧波失真則有助于提高信號(hào)的質(zhì)量和純凈度。

直流/傳輸特性

如電壓增益、輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流等。這些參數(shù)對(duì)于確保信號(hào)的直流特性和傳輸準(zhǔn)確性至關(guān)重要。例如，輸入失調(diào)電壓的大小會(huì)影響信號(hào)的零點(diǎn)位置，輸入偏置電流則會(huì)影響輸入阻抗和信號(hào)的穩(wěn)定性。

輸入/輸出特性

包括輸入電阻、輸入電容、輸入電壓范圍、輸出電壓擺幅、短路電流、輸出電阻和輸出電容等。這些特性決定了多路復(fù)用器與其他電路的兼容性和信號(hào)傳輸能力。例如，合適的輸入電阻和電容可以減少信號(hào)的反射和衰減，輸出電壓擺幅則決定了信號(hào)的幅度范圍。

電源特性

包括工作范圍、電源抑制比和靜態(tài)電流等。了解這些參數(shù)可以幫助工程師合理設(shè)計(jì)電源電路，確保多路復(fù)用器在穩(wěn)定的電源環(huán)境下工作。例如，電源抑制比越高，多路復(fù)用器對(duì)電源噪聲的抗干擾能力就越強(qiáng)。

工作原理剖析

電路架構(gòu)

AD8180和AD8182采用了獨(dú)特的開(kāi)關(guān)開(kāi)環(huán)緩沖器架構(gòu)，與傳統(tǒng)的CMOS開(kāi)關(guān)不同，這種架構(gòu)提供了單向信號(hào)路徑，具有最小的開(kāi)關(guān)毛刺和恒定的低輸入電容。每個(gè)開(kāi)環(huán)緩沖器由互補(bǔ)發(fā)射極跟隨器實(shí)現(xiàn)，具有高輸入阻抗、對(duì)稱的壓擺率和負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，以及高輸出到輸入隔離度。

解碼邏輯

解碼器邏輯將TTL兼容的邏輯輸入（SELECT和ENABLE）轉(zhuǎn)換為內(nèi)部差分ECL電平，實(shí)現(xiàn)快速、低毛刺的切換。SELECT輸入決定哪個(gè)緩沖器被啟用，而ENABLE輸入為高電平時(shí)，兩個(gè)緩沖器都被禁用，輸出切換到高阻抗?fàn)顟B(tài)。

快速禁用功能

高速禁用鉗位電路允許緩沖器快速干凈地關(guān)閉，減少功耗。這些鉗位電路還將通過(guò)結(jié)電容流動(dòng)的位移電流分流到交流地，提高了系統(tǒng)的性能。

應(yīng)用場(chǎng)景展示

多路復(fù)用兩個(gè)RGB視頻源

在視頻應(yīng)用中，常常需要將兩個(gè)RGB視頻源進(jìn)行多路復(fù)用。使用AD8180和AD8182以及三個(gè)電流反饋運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)這一功能。視頻輸入通過(guò)75Ω電阻進(jìn)行端接，為了驅(qū)動(dòng)75Ω的后端負(fù)載，使用AD8001電流反饋運(yùn)算放大器對(duì)多路復(fù)用器的輸出進(jìn)行緩沖，以補(bǔ)償信號(hào)衰減，使系統(tǒng)整體增益為1。同時(shí)，根據(jù)不同的速度、串?dāng)_和功耗要求，可以選擇不同的運(yùn)算放大器，如AD8011、AD8013或AD8073。

畫中畫或像素切換

許多高端顯示系統(tǒng)需要在一個(gè)屏幕上同時(shí)顯示兩個(gè)視頻畫面，如視頻會(huì)議系統(tǒng)。在這種應(yīng)用中，要求信號(hào)切換干凈快速，以避免屏幕出現(xiàn)偽影。AD8180和AD8182能夠在14ns內(nèi)切換并穩(wěn)定到0.1%的精度，與AD8001的10ns穩(wěn)定時(shí)間相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)整體17.2ns的穩(wěn)定時(shí)間，從而在主視頻和插入視頻之間形成清晰、無(wú)偽影的邊界。

彩色文檔掃描儀

在彩色文檔掃描儀中，電荷耦合器件（CCD）會(huì)輸出三個(gè)代表紅、綠、藍(lán)的信號(hào)流以及復(fù)位電平信號(hào)。相關(guān)雙采樣器（CDS）用于消除CCD常見(jiàn)的較大偏移。使用AD8182的兩個(gè)2對(duì)1多路復(fù)用器可以創(chuàng)建一個(gè)4對(duì)1多路復(fù)用器，將三個(gè)信號(hào)流多路復(fù)用到一個(gè)ADC中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的數(shù)據(jù)采集。由于AD8182具有高帶寬，能夠直接驅(qū)動(dòng)AD876的開(kāi)關(guān)電容輸入級(jí)，并且其14ns的穩(wěn)定時(shí)間能夠滿足20MHz采樣率的要求。此外，AD8182的第四通道可以用于測(cè)量參考電壓，以減少溫度漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

布局考量

為了實(shí)現(xiàn)AD8180和AD8182的高速性能，需要精心進(jìn)行電路板布局和元件選擇。應(yīng)避免使用線繞板、原型板和插座，因?yàn)樗鼈兊募纳姼泻碗娙葺^高。建議使用表面貼裝元件直接焊接到印刷電路板（PCB）上，并確保PCB有一個(gè)覆蓋元件側(cè)所有未使用部分的接地平面，以提供低阻抗接地路徑。同時(shí)，應(yīng)移除輸入和輸出引腳附近的接地平面，以減少雜散電容。

信號(hào)布線

信號(hào)走線應(yīng)盡可能短，對(duì)于較長(zhǎng)的信號(hào)走線（超過(guò)約1英寸），應(yīng)使用帶狀線或微帶線技術(shù)，并設(shè)計(jì)為50Ω或75Ω的特性阻抗，并在末端使用表面貼裝元件進(jìn)行適當(dāng)端接。此外，為了最小化串?dāng)_，應(yīng)在所有信號(hào)走線之間設(shè)置保護(hù)線（接地或電源走線），輸入和輸出信號(hào)線應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離多路復(fù)用器。如果有多個(gè)信號(hào)層，采用埋入式帶狀線結(jié)構(gòu)，在信號(hào)走線上下和中間設(shè)置接地平面，可獲得最佳的串?dāng)_性能。

電源旁路

使用片式電容進(jìn)行電源旁路，電容的一端連接到接地平面，另一端連接到每個(gè)電源引腳的1/4英寸范圍內(nèi)。此外，還應(yīng)并聯(lián)一個(gè)較大的（4.7μF - 10μF）鉭電容，以在較寬的頻率范圍內(nèi)提供低阻抗電源旁路。

終端電阻

終端電阻的位置和選擇對(duì)于減少串?dāng)_和提高頻率響應(yīng)至關(guān)重要。每個(gè)終端電阻的方向應(yīng)使接地回流電流逆時(shí)針流向接地平面“島”，并且任何兩個(gè)輸入或輸出終端電阻不應(yīng)共享連接到同一接地“島”。在視頻應(yīng)用中，應(yīng)將評(píng)估板上的49.9Ω終端電阻更換為75Ω電阻。

總結(jié)

AD8180和AD8182作為高性能的高速2對(duì)1多路復(fù)用器，憑借其高速切換、寬帶寬、低功耗、優(yōu)秀的視頻規(guī)格和高隔離度等特點(diǎn)，在視頻多路復(fù)用、畫中畫切換和彩色文檔掃描儀等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分了解其性能指標(biāo)、工作原理和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，合理選擇和應(yīng)用這兩款產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能和穩(wěn)定性。你在使用這兩款多路復(fù)用器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。