全差分驱动器释放高速ADC性能潜力

　　采用高速 ADC 的设计师面临的一个的挑战就是找到适合驱动这些 ADC 的放大器。例如，16 位 LTC2208 在 140MHz 时以 90dBc 的 SFDR 实现了 130Msps 的采样率。它用单一 3.3V 电源工作，具有全差分输入级以限度地扩大输入信号动态范围。直到近，ADC 驱动器的选择一直有限。RF 放大器一般是单端、较大和消耗大量功率的，而且需要 5V 至 12V 的电源。近，全差分放大器已经开发出来，但是很多这类放大器是为窄输入信号带宽而优化的，需要较高电压的电源，或者说限制了 ADC 的速度、噪声和/或失真性能。凌力尔特公司提供的一个新的放大器系列可帮助设计师获得与他们的付出相当的所有 ADC 性能，同时还可简化高频电路板设计。

　　高速度＋高性能＋低功率

　　LTC6?00-20 和 LTC6?01-20 是全差分高速放大器系列的头两款产品，这个系列的放大器用单一 3V 或 3.3V 电源实现了卓越的性能。这两款器件都有固定的 20dB 内部增益，都能以高速度、出色的噪声和失真性能以及低功率工作。这两款器件都采用先进的双极型互补硅锗（SiGe）工艺制造。因为锗原子比硅原子大，因此有选择地在硅中增加一些锗原子在材料晶状结构内部引起了应变。这种应变实际上带来了有益的电学特性，如更高的迁移率和对基区宽度更的控制，从而制作出更快的晶体管。LTC6?00-20 具有 1.8GHz 的 -3dB 带宽和 4500V/us 的转换率，仅消耗大约 80mA 电流。与 LTC6?00-20 相比，LTC6?01-20 以一半的功率实现了大约为 LTC6?00-20 2/3 的速度。图 A 显示了就 2Vpp 输出信号而言，LTC6?00-20 在整个频率范围内的互调失真性能。LTC6?00 在高达 140MHz 时实现了 -90dBc 的失真性能，在高达两三百 MHz 时实现了 -70dBc 的失真性能。

　　图 A：LTC6?00 三阶互调失真

　　ADC 驱动器的另一个关键性能要求是低噪声。LTC6?00 基于差分运算放大器，具有非常低的 1nV/√Hz 输入噪声密度。内部 100Ω 差分输入电阻不可避免地给自身增加了一些噪声，导致 2.1nV/√Hz 的总输入噪声密度。考察噪声的另一种方式是依据 SNR（信噪比）。LTC6?00-20 的输出噪声密度是 21nV/√Hz（因为增益是 20dB 或 10V/V）。如果将信号带宽限制到 50MHz，那么这相当于 148uVRMS 的整体噪声。这允许相对于 2Vp-p 满标度信号有 73.5dB 的 SNR。这与 LTC2249 等流行的 14 位 ADC 是兼容的。

　　智能化集成

　　图 B 显示了 LTC6?00 的方框图。LTC6?00-20 和 LTC6?01-20 设计时考虑了易用性。除了放大器，还集成了其它几项功能，如增益设置电阻、输出信号滤波和输出共模电路。所有这些都放入了纤巧的 3mm x 3mm 16 引线 QFN 封装中。这样的集成具有几个重要的优点。

　　图 B：LTC6?00 方框图

　　1. 也许明显的是，外部组件数减少了。更少的电阻器和电容器意味着更小的占板面积和更少的设计难题。

　　2. 通过集成高度匹配的增益设置电阻，实现了的增益，提高了稳定性。稳定性优点得自将敏感的反馈环路放入封装内。由电路板上反馈环路布线引起的杂散电容可能导致寄生极点。此外，将输入和输出连接到外部世界的感性连接线可从敏感反馈环路中去掉。

　　3. 既然增益是已知的，而且是在内部固定的，那么该放大器可用来限度地在尽可能宽的带宽内提高增益平坦度，群延迟偏差也限度地降低了。就特定增益设置调节内部补偿可优化速度、功率和失真性能。

　　4. 提供两套差分输出：滤波的和未滤波的。片上滤波器是单极点 RC 滤波器，专门用来简化驱动容性负载的任务，容性负载是高速流水线型 SAR ADC 所呈现的。可以增加几个外部组件来轻松调节转角频率。

　　5. 输出共模引脚允许用 ADC 所用基准来设置 ADC 驱动器的输出信号电平。输入为 AC 耦合时，输入共模电压自动偏置到接近 VOCM 引脚的电压。LTC6?00-20 的 I/O 耦合非常灵活。它的输入、输出或输入和输出可以是 AC 或 DC 耦合的。

　　应用举例

　　图 C 所示是 LTC6?00 的典型应用，图中 LTC6?00 驱动 LTC2208 16 位 130Msps ADC。在这个应用中，输入信号是单端的，通过 DC 隔离电容器加到 LTC6?00 的 +IN 输入端。或者，该信号也可以采用 DC 耦合，只要 DC 电压在该放大器的输入共模范围之内就可以。从图 B 中可以很容易地看出，LTC6?00-20 的输入阻抗是 200Ω 差分电阻。66.5Ω 输入电阻将总输入阻抗变成 50Ω，以实现与 50Ω 电源阻抗的匹配（在其他情况下，电源阻抗也许已经是 200Ω，或可能采用 1:4 的变压器）。放置在 –IN 输入端的 29Ω 电阻为内部运算放大器提供平衡终端。LTC6?00-20 的输出通过 10Ω 串联电阻直接连接到 ADC 的输入端。

　　图 C：LTC6?00 和 LTC2208 应用举例

　　LTC6?00 由给 ADC 供电的 3.3V 电源供电。LTC6?00 能以高性能驱动 ADC 至满标度，同时用 3V 或 3.3V 电源供电。以前的解决方案大多数需要 5V 或更高电压的电源来实现性能并驱动 ADC 至其满标度输入范围。

　　凌力尔特公司的 LTC220x 系列 ADC 在输入摆幅以 1.25V 共模电压为中心时实现工作。LTC6?00 可以轻松实现这一点：将该 ADC 的 VCM 引脚简单地连接到 LTC6?00 的 VOCM 引脚，放大器的内部共模反馈环路确保输出以 VOCM 电压为中心。其它 ADC 选择 1.5V 共模电压，连接方式是相同的。

　　结论

　　今天的高速 ADC 已经极大地受益于亚微米制造工艺。以奈奎斯特间隔驱动这些高速 ADC 的任务和欠采样应用需要高性能全差分放大器，以限度地发挥高速 ADC 的潜能。通过新的硅锗工艺和创新性的精心设计，LTC6?00 在高频时实现了前所未有的性能，同时以 3V 或 3.3V 低电源电压工作。纤巧的 3mm x 3mm 无引线封装，加上限度地减少了外部组件，使得 LTC6?00 驱动器可以恰好放置在 ADC 输入端，实现了性能和紧凑的电路板布局。差分输出经过独特优化，以直接驱动具有高线性度的型高速 ADC，同时低输入噪声保持了高性能应用的灵敏度，如通信接收器系统、高速仪表等应用。