讯号路径设计讲座（3）高性能模拟前端

高速讯号

　　使用差分放大器是将高频模拟讯号与ADC的输出相连的首选方法。因此其中第一个需要选择的器件就是差分输出运算放大器。选择这类器件时，主要有两个考虑元素：增加带宽产品和从外部电压设置运算放大器的共模电压输出的能力。这是因为驱动ADC输入的讯号放大器将共模电压输出(VCMO)设置在最适合的ADC范围内。如果不能满足这些条件，ADC 的性能会随着放大器的VCMO和ADC的最佳输入共模电压间不一致的增加而大幅下降。

　　宽带差分运算放大器的主缺点在于其放大倍率通常都有限，而且其放大水平是在内部预设的。根据应用的不同，可能需要为设计添加前置放大器，从而满足必要的增加要求。

　　至于前置放大器，应该采用宽带运算放大器以便满足ADC的期望输入频率。对于采样速率高达1 GSPS的系统而言，这等于已超过采样系统要求具有高达500 MHz的输入带宽。
　
图 1. LMH6703 频率回响

　　对于与较大增益（如AV=10）一起运作并能保持大带宽的运算放大器而言，其等于5 GHz增益带宽(GBW)产品。由于架构的关系在频率回响和增益之间的直接折中，因此大多数的电压回授放大器都不能满足该要求。然而，电流回授放大器与这些参数保持较好的关系，因为性能通常由运算放大器电路内的回授电阻值决定。运算放大器LMH6703非常适于在增能设置为1～10的高带宽下运作。该器件可与所选的差分放大器一起使用，从而在高带宽系统（如示波器和数据采集卡）中提供额外的增益要求。

本特殊放大器的频率回响见图１。

　　如果增益设置为10且带宽为500 MHz，则图１推荐使用300奥姆的回授电阻(RF1)。
Av = 1 + (Rf / Rg)
因此，RG1（增益电阻）可为33奥姆。例如，图2对具有差分放大器的电路中的LMH6703进行了说明。
　
图2. 二层级放大器电流图

　　除了需要具有合适的DC讯号路径的固定增益级别的系统，该应用还需要一个AC链接模式。这是因为DC讯号路径通常受到输入放大器所产生的增益带宽所限制。对于数据采集器件或需要很宽的输入带宽和低失真的通讯路径而言，我们需要采用AC讯号路径。这可将输入频率上限扩展到DC讯号路径容量以外。

　　解决办法有很多种，选择何种解决方法主要取决于最小的输入频率以及所需的高频性能。对于高频下（≧200 MHz）的最高AC性能而言，平衡/非平衡变压器为实现单端-差分转换提供了解决方案，因为讯号失真的程度较低。

　　折中在于平衡/非平衡变压器属减损器件，将会小幅（-1~2 dB）消弱讯号，而且它们的低频性能较差。透过使用单极RF继电器作为选则单端输出讯号从前置放大器切换到差分放大器或平衡/非平衡转换电路中，可以将平衡/非平衡联结讯号路径插入图2所示的电路中。还需要另一个双极双掷RF继电器来将平衡/非平衡变压器和差分放大器的输出发送到ADC输入中。

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