ADC驅動器或差分放大器設計指南

50MHz時的二次諧波失真相對于2Vp-p輸入信號來說大約是-88dBc。為了比較諧波失真水平和1 ENOB LSB，這個諧波失真值必須被轉換成電壓值，如公式33所示。

(33)

這個失真值只有80μVp-p，或1 ENOB LSB的16%。因此，從失真的角度看，可以認為ADA4939是AD9445 ADC驅動器的很好選擇。

由于ADC驅動器是負反饋放大器，輸出失真取決于放大器電路中的環路增益值。負反饋放大器固有的開環失真將被減少1/(1+LG)倍，其中LG代表可用環路增益。

放大器的輸入(誤差電壓)被乘以一個大的前向電壓增益A(s)，然后通過反饋系數β傳送到輸入端，再通過調整輸出使誤差最小。這樣，這類放大器的環路增益為A(s)×β。隨著環路增益(A(s), β或兩者)的降低，諧波失真將增加。電壓反饋放大器，如積分器，被設計在直流和低頻率處具有大的A(s)，然后隨著1/f在規定高頻點趨向于1而發生滾降。隨著A(s)的滾降，環路增益下降，失真增加。因此諧波失真參數是A(s)的倒數。

電流反饋放大器將誤差電流用作反饋信號。誤差電流被乘以一個大的前向互阻T(s)而轉換成輸出電壓，然后通過反饋系數1/RF將輸出電壓轉換成反饋電流，以便使輸入誤差電流最小。因此理想的電流反饋放大器的環路增益是T(s)×(1/ RF)=T(s)/ RF。同A(s)一樣，T(s)也有一個大的直流值，并隨著頻率的增加而滾降，從而降低環路增益，增加諧波失真。

環路增益還直接取決于反饋系數1/RF。理想電流反饋放大器的環路增益并不取決于閉環電壓增益，因此諧波性能不會隨著閉環增益的增加而下降。在實際的電流反饋放大器中，環路增益確實某種程度上取決于閉環增益，但不會達到電壓反饋放大器中那樣的程度。 因此對于高閉環增益和低失真的應用來說，電流反饋放大器，比如 ADA4927, 是比電壓反饋放大器更好的選擇。從圖17可以看出隨著閉環增益的增加失真性能保持得有多好。

圖17：失真與頻率和增益的關系。

帶寬和壓擺率
帶寬和壓擺率在ADC驅動器應用中特別重要。一般情況下，器件的帶寬是指小信號帶寬，而壓擺率衡量的是大信號擺幅時放大器輸出端的最大變化率。

EUBW(有效可用帶寬)，一個類似于ENOB(有效位數)的首字母縮略詞，用于描述帶寬。許多ADC驅動器和運放自稱有很寬的帶寬指標，但并不是所有帶寬都是可用的。例如，-3dB帶寬是測量帶寬的一種傳統方法，但它并不意味著所有帶寬是可用的。-3dB帶寬的幅度和相位誤差的使用比實際“截止”頻率要早十年。那么什么是放大器的EUBW？如何確定它的大小？確定可用帶寬的一個極好方法是查詢數據手冊上的失真圖。

圖18表明，為了使二次和三次諧波保持大于-80dBc，這個ADC驅動器不應用于超過60MHz的頻率。由于每個應用都不盡相同，系統要求將成為具有足夠帶寬和足夠失真性能的合適驅動器的選擇準則。

圖18：ADA4937電流反饋型ADC驅動器的失真曲線。

壓擺率，一種大信號參數，指的是放大器輸出在沒有過高失真的情況下能夠跟蹤輸入的最大變化率。以壓擺率考慮正弦波輸出：

(34)

公式34在過零點的導數(變化率)即最大變化率，它等于：

(35)

其中dv/dt max是壓擺率，Vp是峰值電壓，f等于滿功率帶寬(FPBW)。推算FPBW：

(36)

因此，在選擇ADC驅動器時，重點要考慮增益、帶寬和壓擺率(FPBW)，以確定放大器是否足夠滿足應用要求。

穩定性
關于差分ADC驅動器的穩定性考慮與運放是一樣的，關鍵參數是相位余量。 雖然特定放大器配置的相位余量可以從數據手冊中獲取，但在實際系統中由于PCB版圖中的寄生效應這個相位余量會有顯著降低。

負電壓反饋放大器的穩定性取決于其環路增益的大小和符號，A(s)×β。差分ADC驅動器要比典型的運放電路稍微復雜一點，因為它有兩個反饋系數。在公式7和公式8的分母中可以見到環路增益。公式37提供了在反饋系數不匹配(β1≠β2)情況下的環路增益。

(37)

當反饋系數不匹配時，有效反饋系數是兩個反饋系數的簡單平均值。當它們匹配并被定義為β時，環路增益可以簡化為A(s)×β。要想使反饋放大器穩定，其環路增益不允許等于-1(相當于相位偏移-180°、幅度為1)。對于電壓反饋放大器來說，其開環增益頻率圖上環路增益值等于1(即0dB)的點正是A(s)值等于反饋系數倒數的地方。

對于基本的放大器應用，反饋是純阻性的，在反饋環路中不會引入相位偏移。在反饋系數匹配的情況下，與頻率無關的反饋系數倒數1+RF/RG通常被稱為噪聲增益。如果將以dB為單位的恒定噪聲增益與開環增益A(s)繪制在同一張圖上，那么兩條曲線的交叉點就是環路增益為1或0dB的地方。在這個頻率點的A(s)相位與-180°之間的差值被定義為相位余量。為了穩定工作，這個相位余量應大于或等于45°。圖19給出了RF/RG=1(噪聲增益=2)時ADA4932的單位環路增益點和相位余量。

圖19：ADA4932開環增益幅度和相位與頻率的關系。