AD8351低成本差分放大器的数据手册

电源

　　特征
　　-3 dB带宽，2.2 GHz，AV=12 dB；单电阻可编程增益：0dB≤AV≤26dB差分接口；低噪声输入级2.7 nV/√Hz，AV=10 dB；低谐波失真；-79 dBc秒，频率70 MHz；-81 dBc，70 MHz时为第三个；70 MHz时31 dBm的oip3；单电源运行：3 V至5.5 V低功耗：5 V时28毫安；可调输出共模电压；快速沉降和超速恢复；转换率13000v/μs；断电能力。
　　应用
　　差分ADC驱动器；单端到差分转换；中频采样接收机；射频/中频增益块；声表面波滤波器接口。
　　一般说明
　　AD8351是一种低成本差分放大器，可用于射频和中频应用，频率高达2.2GHz。使用一个外部增益电阻器，可以将电压增益从单位设置为26分贝。AD8351提供标称150Ω差动输出阻抗。该器件具有优良的失真性能和低噪声特性，具有广泛的应用前景。
　　AD8351设计用于满足通信收发器应用的高性能要求。该设备可以用作通用增益块、adc驱动器和高速数据接口驱动器等功能。AD8351也可用作单端差分放大器，其失真产物与差分配置。异常良好的失真性能使AD8351成为12位和14位中频采样接收机设计的理想解决方案。
　　AD8351采用模拟器件公司的高速XFCB工艺制造，具有高带宽，可提供高频率性能和低失真。AD8351的静态电流通常为28毫安。AD8351放大器采用紧凑型10引线MSOP封装或16引线LFCSP封装，工作温度范围为-40°C至+85°C。
　　
　　典型性能特征
　　V=5 V，T=25°C，除非另有说明。
　　
　　操作理论
　　基本概念
　　差分信号用于高性能信号链，其中失真性能、信噪比和低功耗是关键。差分电路固有地提供改进的共模抑制和谐波失真性能，以及更好的抗干扰和接地噪声。
　　
　　图33说明了典型应用的预期输入和输出波形。通常，应用的输入波形是平衡差分驱动，其中应用于inhi和inlo引脚的信号在振幅上相等，在相位上相差180°。在一些应用中，balun可用于将单端驱动信号转换为差分信号。AD8351还可用于将单端信号转换为差分信号。
　　增益调整
　　AD8351的差分增益使用一个外部电阻R设置，该电阻连接在RGP1引脚和RGP2引脚之间。使用图5中规定的电阻值，可将增益设置为0分贝至26分贝之间的任何值，常用增益值见表4。用于连接外部增益电阻器的线路板必须平衡，并且尽可能短，以帮助防止噪声拾取，并确保平衡增益和稳定性。
　　AD8351的低频电压增益可以建模为：
　　
　　其中，右F型是350Ω（内部）;右一是单端负载电阻。R是增益设置电阻器。
　　共模调节
　　输出共模电压电平是存在于每个差分输出端的直流偏移电压。交流信号具有相同的振幅和180°的相位差，但集中在相同的共模电压水平。如图34所示，通过将所需电压电平驱动到vocm管脚中，可以将共模输出电压电平从1.2v调整到3.8v。
　　
　　输入输出匹配
　　AD8351提供5 kΩ的中等高差动输入阻抗。在实际应用中，ad8351的输入端接至较低的阻抗，以提供与驱动源匹配的阻抗，如图35所示。将端接电阻器R尽可能靠近输入引脚，以最小化因阻抗失配而产生的反射。可能需要对150Ω输出阻抗进行转换，以提供与给定负载匹配的所需输出。匹配分量可以用史密斯图计算，也可以用共振方法确定导致复杂共轭匹配的匹配网络。输入和输出阻抗和反射系数如图22、图23、图24和图25所示。
　　图35显示了声表面波（SAW）滤波器接口。许多声表面波滤波器本质上是差分的，允许低损耗输出匹配。在本例中，saw滤波器需要50Ω的源阻抗来提供所需的中心频率和q。串联l并联c输出网络在所需的工作频率下提供150Ω到50Ω的阻抗变换。阻抗变换如图36中的史密斯图所示。
　　通过使用适当的端接电阻将未使用的输出接地，可以驱动单端saw滤波器。系统的总增益降低了6db，因为只有一半的信号可用于saw滤波器的输入。
　　
　　单端差分操作
　　AD8351可以很容易地配置为单端到差分增益块，如图37所示。输入信号是交流耦合的，并应用于inhi输入。未使用的输入是交流耦合到地面的。选择C1到C4的值，使其电抗在期望的工作频率下可以忽略不计。为了平衡输出，需要一个外部反馈电阻r。要选择增益电阻器和反馈电阻器，请参阅图38和图39。从图38中，为给定负载下所需的分贝增益选择一个R。接下来，从图39中选择一个R电阻作为所选R和负载。
　　尽管在这种情况下差分平衡并不完美，但失真性能仍然令人印象深刻。图13和图14显示了使用单端50Ω电源驱动AD8351的输入时的二次和三次谐波失真性能。
　　
　　ADC驱动
　　图40中的电路表示AD8351驱动AD6645，它是一个14位，105 msps的ADC。为了获得最佳性能，AD6645和AD8351采用差速驱动。电阻器r1和r2向电源提供50Ω差分输入阻抗，r3和r4提供模拟到数字输入的隔离。AD8351的增益设置电阻为R。AD6645向AD8351提供1 kΩ差动负载，需要2.2 V P-P用于满标度输出的AIN和AIN之间的差分信号。然后，该ad8351电路为ad6645提供增益、隔离和源匹配。AD8351还为AD6645提供了平衡输入，而不是由BARUN提供，这对于二阶取消至关重要。信号发生器是双极的，以地为中心。将AD8351的VOCM引脚（MSOP上的引脚10和LFCSP上的引脚13）连接到AD6645的VREF引脚，可将AD8351的共模输出电压设置为2.4V。该电压通过0.1μF电容器旁路。增加ad8351的增益会增加系统噪声，从而降低信噪比，但不会显著影响失真。图40中的电路可以在10 MHz输入下提供优于-90 dBc的SFDR性能，在10 dB增益下在70 MHz输入下提供优于-80 dBc的SFDR性能。
　　
　　图41的电路表示驱动AD6645的AD8351的单端输入到差分输出配置。在这种情况下，r1提供输入阻抗。R是增益设置电阻器。电阻器R需要平衡AD6645二阶消除所需的输出电压，并且可以使用图表进行选择（参见单端到差分操作部分）。图41所示的电路可以在10 MHz输入下提供优于-90 dBc的SFDR性能，在70 MHz输入下提供优于-77 dBc的SFDR性能。
　　
　　模拟多路复用
　　在需要选择多个高速信号的应用中，ad8351可以用作模拟多路复用器。当处于禁用状态（PWUP引脚拉低）时，每个器件的隔离度大约为60 dBc，最大输入电平为0.5 V P P至100 MHz。低输出噪声谱密度允许如图42所示的简单实现。pwup接口可以使用大多数标准逻辑接口轻松驱动。通过使用n位数字接口，最多可以控制n个设备。当使用大量输入信号路径时，需要考虑输出负载效应和噪声。每个禁用的AD8351与所启用的设备的150Ω输出源阻抗并行地呈现大约700Ω负载。随着n个器件的加入，负载增加，畸变性能降低。四个器件混装在1kΩ负载中，信号频率高达70mhz时，可实现优于-70dbc的失真。
　　
　　I/O电容负载
　　输入或输出直接电容负载大于几皮卡法拉可导致过大的峰值和/或通带外振荡。这是由于封装和键合线电感与器件的输入/输出电容并联谐振以及通过接地电感在内部产生的相关耦合。对于低阻负载或源极电阻，有效q较低，在振荡或过大峰值发生之前允许较高的相对电容端接或终止。这些影响可以通过增加串联输入电阻（R）用于高源电容或串联输出电阻（ROP）用于高负载电容来消除。一般来说，I/O电容负载大于~2pF时，只需小于25Ω即可。c越高，所需的r寄生抑制电阻越小。此外，R有助于降低低增益带内峰值，特别是对于轻阻负载。
　　
　　由于R端口上的封装寄生电容，高R值（低增益）会导致通带内的交流峰值过高，从而导致时域内的不稳定。例如，当驱动1kΩ负载时，如果R为25Ω，则R等于200Ω（A=10dB），峰值降低约7dB（见图44）。
　　
　　务必确保所有I/O、接地和R端口跟踪尽可能短。此外，必须将地平面从包装下拆下。由于器件增益与r电阻值成反比关系，r端口上的任何寄生电容都会导致高频增益峰值。遵循图45中概述的预防措施有助于减少寄生板电容，从而延长设备的带宽并减少潜在的峰值或振荡。
　　
　　传输线效应
　　如前所述，杂散传输线电容与封装寄生相结合，可能在高频下形成谐振电路，导致过大的增益峰值。r连接输入和输出网络的传输线的设计必须使杂散电容最小化。AD8351的输出单端源阻抗动态设置为75Ω的标称值。因此，对于匹配负载终端，将输出传输线的特性阻抗设计为75Ω。在许多情况下，最终负载阻抗可能相对较高，大于1kΩ。建议在高阻抗负载条件下，电路板的设计如图45所示。在大多数实际的电路板设计中，这要求印刷电路板迹线的尺寸要小（约5密耳），并且底层和相邻接地平面的距离要足够远，以最小化电容。
　　通常情况下，进入设备的驱动源阻抗低于，并且使用端接电阻器来防止输入反射。传输线必须设计成在低z区具有适当的特性阻抗。终端电阻器和设备输入引脚之间的高阻抗环境不得在信号迹线下方或附近有接地平面。小寄生抑制电阻可能是必要的，在器件输入引脚，以帮助脱敏（de-q）的共振效应，器件键合线和周围寄生板电容。通常情况下，25Ω系列电阻器（尺寸0402）可在不显著降低交流性能的情况下对输入系统进行充分的去耦。
　　图46说明了增加输入和输出串联电阻的价值，以帮助消除板寄生的共振效应。简单地增加r和r可以显著地减小过冲和过冲。
　　
　　角色设置
　　用于150Ω和1kΩ负载测试的测试电路如图47所示。评估委员会使用巴伦变压器简化与单端测试设备的接口。必须消除测量中的巴伦效应，以准确表征频率超过1千兆赫的器件性能。输出L-PAD匹配网络提供具有最小插入损耗的宽带阻抗匹配。输入线端接50Ω电阻，用于输入阻抗匹配。在尝试测量设备增益时，必须考虑与这些网络相关联的功率损耗。
　　
　　评估委员会
　　一个评估委员会可用于实验。各种参数，如增益，共模电平，输入和输出网络配置，可以通过微小的电阻变化进行修改。示意图和评估板图如图48、图49和图50所示。
　　

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