高速三通道2:1多路復(fù)用器AD8183/AD8185的特性與應(yīng)用

在當(dāng)今高速電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)快速信號(hào)切換和處理的高性能多路復(fù)用器的需求日益增長(zhǎng)。AD8183和AD8185作為Analog Devices公司推出的高速三通道2:1多路復(fù)用器，憑借其卓越的性能，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。下面我們就來詳細(xì)了解一下這兩款器件。

文件下載：AD8185.pdf

器件概述

AD8183（增益G = +1）和AD8185（增益G = +2）是高速三通道2:1多路復(fù)用器，專為在兩個(gè)RGB（紅、綠、藍(lán)）視頻源之間進(jìn)行選擇而優(yōu)化。它們具有高達(dá)380 MHz的-3 dB信號(hào)帶寬和1000 V/μs的壓擺率，在10 MHz時(shí)通道間串?dāng)_和隔離優(yōu)于 -90 dB，非常適合許多高速應(yīng)用。

器件特性

高速性能

• 帶寬：小信號(hào)時(shí)-3 dB帶寬可達(dá)590/360 MHz（AD8183/AD8185），大信號(hào)（(V{OUT}=2V p - p)）時(shí)為380/320 MHz。在(V{OUT}=2V p - p)、(R_{L}=150 Omega)條件下，0.1 dB帶寬為310/300 MHz。如此高的帶寬使得它們能夠處理高頻信號(hào)，滿足高速視頻應(yīng)用的需求。
• 壓擺率：(V{OUT}=2V p - p)、(R{L}=150 Omega)時(shí)，AD8183壓擺率為1000 V/μs，AD8185為1150 V/μs。高的壓擺率意味著能夠快速響應(yīng)信號(hào)的變化，減少信號(hào)失真。
• 開關(guān)速度：通道間切換時(shí)間僅為15 ns，能夠快速實(shí)現(xiàn)信號(hào)的切換，適用于對(duì)切換速度要求較高的場(chǎng)景。

低功耗

兩款器件的功耗較低，在±5 V電源電壓下，電流消耗小于25 mA。低功耗特性不僅可以降低系統(tǒng)的能耗，還能減少散熱問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

出色的視頻規(guī)格

• 增益平坦度：在90 MHz范圍內(nèi)增益平坦度為0.1 dB，能夠保證信號(hào)在較寬的頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的增益，減少信號(hào)的失真。
• 差分增益和相位誤差：差分增益誤差為0.01%，差分相位誤差為0.02°，確保了視頻信號(hào)的高質(zhì)量傳輸。
• 串?dāng)_和隔離：全有害串?dāng)_在5 MHz時(shí)為 -84 dB，50 MHz時(shí)為 -54 dB；通道間串?dāng)_在100 MHz時(shí)為 -56 dB；“關(guān)斷”隔離在10 MHz時(shí)為 -100 dB。低串?dāng)_和高隔離性能可以有效避免信號(hào)之間的干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

其他特性

• 高阻抗輸出禁用功能：可以將輸出設(shè)置為高阻抗?fàn)顟B(tài)，便于連接多個(gè)器件，構(gòu)建更大的輸入陣列，同時(shí)最小化“關(guān)斷”通道的輸出負(fù)載。
• 低成本：在提供高性能的同時(shí)，具有較低的成本，為工程師在設(shè)計(jì)時(shí)提供了更具性價(jià)比的選擇。

工作原理

AD8183和AD8185由三個(gè)獨(dú)立的通道組成，每個(gè)通道包含兩個(gè)輸入跨導(dǎo)級(jí)和一個(gè)輸出跨阻級(jí)。通過一個(gè)邏輯引腳（SELECT (overline{A} / B)）選擇合適的輸入跨導(dǎo)級(jí)，使三個(gè)輸出同時(shí)切換輸入連接。未使用的輸入級(jí)通過“t - 開關(guān)”方案禁用，以提供“導(dǎo)通”和“關(guān)斷”輸入之間的出色串?dāng)_隔離。

跨導(dǎo)級(jí)（NPN差分對(duì)）將信號(hào)電流源輸入到折疊共源共柵輸出級(jí)。每個(gè)輸出級(jí)包含一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和發(fā)射極跟隨器輸出緩沖器。內(nèi)部電壓反饋設(shè)置增益，AD8183配置為單位增益跟隨器，AD8185配置為具有反饋網(wǎng)絡(luò)的增益為2的放大器。

應(yīng)用場(chǎng)景

像素切換

在“畫中畫”應(yīng)用中，需要快速切換不同的視頻源，AD8183和AD8185的高速通道切換能力使其能夠滿足像素切換的需求，實(shí)現(xiàn)清晰、流暢的畫面顯示。

顯示設(shè)備中的RGB切換

在LCD和等離子顯示器中，用于切換RGB信號(hào)，確保不同顏色信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸，提高顯示質(zhì)量。

RGB視頻切換器和路由器

在視頻信號(hào)的切換和路由系統(tǒng)中，其高速性能和低串?dāng)_特性可以保證信號(hào)的穩(wěn)定傳輸，避免信號(hào)干擾和失真。

設(shè)計(jì)考慮因素

驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載

當(dāng)驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載時(shí)，大多數(shù)放大器在脈沖響應(yīng)中會(huì)出現(xiàn)峰值/振鈴現(xiàn)象。為了最小化峰值并確保較大容性負(fù)載值時(shí)的穩(wěn)定性，可以在輸出和負(fù)載電容(C{L})之間添加一個(gè)小電阻(R{S})。

電源和布局

• 接地平面：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從一個(gè)堅(jiān)實(shí)的接地平面開始，將器件的所有GND引腳直接連接到該接地平面。
• 旁路電容：在每個(gè)電源引腳（(VCC)和(VEE)）與接地平面之間連接旁路電容。高頻旁路建議使用0.01 μF的表面貼裝芯片電容，并盡可能靠近IC；低頻旁路則使用至少10 μF的鉭電容，由于低頻時(shí)寄生電感影響較小，這些電容不一定要非?？拷麵C引腳。

串?dāng)_問題

雖然AD8183和AD8185本身具有出色的低串?dāng)_性能，但為了實(shí)現(xiàn)最佳的串?dāng)_性能，還需要注意以下設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)：

• 引腳布局：器件的輸入和輸出引腳之間至少由一個(gè)電源引腳或接地引腳分隔，這種封裝架構(gòu)有助于減少串?dāng)_。
• 信號(hào)路由：在PCB板上，對(duì)于必須并行運(yùn)行一定長(zhǎng)度的信號(hào)，應(yīng)使用屏蔽和隔離措施；如果信號(hào)必須交叉，應(yīng)保持走線寬度較窄，并使信號(hào)以直角交叉，以最小化走線之間的電容。

4:1 RGB多路復(fù)用器設(shè)計(jì)

通過將兩個(gè)AD8185組合，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)4:1 RGB多路復(fù)用器，用于在四個(gè)RGB源中選擇一個(gè)來驅(qū)動(dòng)顯示器。每個(gè)RGB源連接到其中一個(gè)AD8185的三個(gè)“A”或“B”輸入，所有R、G、B信號(hào)分別連接到“0”、“1”、“2”輸入，并在靠近IC引腳處用標(biāo)準(zhǔn)75 Ω電阻接地。

每個(gè)AD8185的輸出都有一個(gè)75 Ω的串聯(lián)電阻，為顯示器負(fù)載提供反向端接。通過兩個(gè)控制位選擇RGB信號(hào)的輸入源，一個(gè)控制位用于每個(gè)器件的SEL (overline{A} / B)輸入，另一個(gè)控制位用于兩個(gè)器件的(overline{OE})輸入。同時(shí)，為每個(gè)器件提供一個(gè)延遲電路，確保在啟用另一個(gè)器件的輸出之前禁用當(dāng)前器件的輸出，避免同時(shí)啟用輸出導(dǎo)致的干擾。

總結(jié)

AD8183和AD8185以其高速、低功耗、出色的視頻規(guī)格和豐富的功能特性，為電子工程師在高速視頻應(yīng)用和信號(hào)切換設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理考慮驅(qū)動(dòng)負(fù)載、電源布局和串?dāng)_等因素，以充分發(fā)揮這兩款器件的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似多路復(fù)用器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。