|
當今的世界是一個充斥著海量數據的世界。人們的生活從中獲益頗多，但系統設計者面臨的壓力卻日益增大，為模擬數字轉換器(ADC)挑選合適的驅動器就是一個重要課題。作為聯系現實世界和數據世界重要橋梁的ADC，往往要以數百兆赫茲的頻率和高達16位的分辨率來進行采樣工作。這樣，選擇與其相匹配的驅動器來充分發揮其潛力，就變得至關重要。高帶寬、高無雜散動態范圍、低噪聲和低失真度已成為挑選ADC驅動器的重要指標。 差分信號的優點 目前，用來驅動ADC的方案有兩種，第一種是使用變壓器，第二種則是差分放大器。不過，在介紹差分放大器之前，讓我們先來了解一下什么是差分信號。 簡單地講，差分信號就是兩個相關信號的差值，本文介紹的是電壓差分信號，它已經廣泛的用于音頻、數據傳輸和電話中。雖然比單端輸入信號系統要復雜，但差分信號系統的優點是明顯的。第一，差分信號對外部電磁干擾(EMI)是高度免疫的。一個干擾源對差分信號對的每一端影響都是相同的。因為由電壓差來決定信號，兩邊的干擾相抵，信號便不會有大幅的變化。第二，差分信號有利于識別微小信號。在差分信號系統中，基準點是由使用者來確定的，可以選擇兩輸入端的平均信號作為基準點，這就減小了信號的擺動范圍。第三，單端輸入系統的信號要依靠虛地，而差分信號就不需要這樣一個虛地，增加了雙極型信號的保真度和穩定性。第四，差分信號的時序定位精確。差分信號受工藝和環境溫度的影響小，可降低時序上的誤差。目前流行的LVDS就是一種小振幅差分信號技術。 差分放大器就是接受和輸出差分信號的器件，同運算放大器一樣，它能接收雙端輸入，不同的是它具有雙輸出端，而不像運算放大器只有單端口。在差分放大器中，其輸出共模電壓(VOCM)能獨立地被差分電壓控制。圖1是差分放大器的簡明原理圖。 圖1 標準的差分放大器 新型的差分放大器 差分放大器有幾個優點。第一是抗噪聲能力，這一點在介紹差分信號時已經提及了。第二個優點是增加了差分輸出電壓擺動(見圖2)。這其中的道理也不復雜，輸出端的兩電壓為反相，其差值當然是單端輸出的2倍了。第三個優點是減少了偶數階的信號失真。為了解釋這個道理，我們把輸出端電壓表示成輸入端的多階函數合。 圖2 差分輸出電壓擺 Vout+ = k1Vin + k2Vin2 + k3Vin3 + … , (1) Vout- = k1(-Vin) + k2(-Vin)2 + k3(-Vin)3+… (2) Vod = Vout-Vout-=2k1Vin + 2k3Vin3 + … (3) 從式(3)中可以看出，偶數階被消去了。 為了適應市場的發展，各家公司紛紛推出了各自的差分放大器產品，像ADI公司的AD4937/4938，TI公司的THS4520，MAXIM公司的MAX4198/MAX4199以及Linear公司的LTC6400等。憑借著工藝的進步，這些產品的技術參數都達到了很高的水平。以AD4937為例，其輸入電壓噪聲為2.2nV/√Hz; 1.6GHz的-3dB帶寬，增益G=1;壓擺率為5000V/μS;在125MHz時有 0.1dB增益平坦度帶寬;能驅動從直流到100MHz的ADC。 |
