IN2 +FB2 V V S OCM +OUT IN FB 1 0 PD 1 9 OUT 1 S S V V V V 5 4 超低失真差分 ADC 驱动器 ADA4937-1/ADA 产品特性极低谐波失真 (HD) -112 dbc

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1 IN2 +FB2 S OCM +OUT IN 1 2 FB 1 PD 1 9 OUT 1 S S 5 4 超低失真差分 ADC 驱动器 产品特性极低谐波失真 (HD) -112 dbc HD2 (1 MHz) -84 dbc HD2 (7 MHz) -77 dbc HD2 (1 MHz) -12 dbc HD (1 MHz) -91 dbc HD (7 MHz) -84 dbc HD (1 MHz) 低输入电压噪声 :2.2 n/ Hz 高速 db 带宽 :1.9 GHz (G = 1) 压摆率 :, /μs(25% 至 75%) 快速过驱恢复 :1 ns 失调电压 :.5 m( 典型值 ) 外部可调增益差分转差分或单端转差分操作可调输出共模电压单电源供电 :. 至 5 应用 ADC 驱动器单端转差分转换器中频和基带增益模块差分缓冲器线路驱动器 概述 ADA497-x 是一款低噪声 超低失真 高速差分放大器, 非常适合驱动分辨率最高 1 位 DC 至 1 MHz 的高性能 ADC 可调输出共模电平使 ADA497-x 能够与 ADC 的输入相匹配 内部共模反馈环路也可提供出色的输出平衡, 并能抑制偶数阶谐波失真产物 对于 ADA497-x, 利用由 4 个电阻组成的简单外部反馈网络便可轻松实现差分增益配置, 反馈网络决定放大器的闭环增益 ADA497-x 采用 ADI 公司的专有硅 - 锗 (SiGe) 互补双极性工艺制造, 可实现极低的失真水平, 输入电压噪声仅为 2.2 n/ Hz 低直流偏置和出色的动态性能使得 ADA497-x 特别适合各种数据采集与信号处理应用 Rev. C Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No One Technology Way, P.O. Box 91, Norwood, MA 22-91, U.S.A. license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Tel: Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. Fax: Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI 中文版数据手册是英文版数据手册的译文, 敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误,ADI 不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责 如需确认任何词语的准确性, 请参考 ADI 提供 DISTORTION (dbc) FB 1 +IN 2 IN +FB 4 IN1 1 +FB1 2 + S1 +S1 4 FB2 5 +IN2 1 S HD2, S = 5. HD, S = 5. HD2, S =. HD, S =. 功能框图 1 5 S 1 S 1 S ADA S + S + S 7 + S 8 图 1. ADA S ADA 图 2. ADA PD 11 OUT 1 +OUT 9 OCM OUT1 17 OCM1 1 S2 15 S2 14 PD2 1 OUT2 图. 谐波失真与频率的关系 ADA497-x 采用 mm mm 1 引脚无铅 LFCSP 封装 (ADA497-1, 单通道 ) 或 4 mm 4 mm 24 引脚无铅 LFCSP 封装 (ADA497-2, 双通道 ) 引脚排列经过优化, 有助于 PCB 布局, 并且使失真最小 ADA497-x 的额定工作温度范围为 -4 至 +15 汽车应用温度范围, 电源电压范围为. 至

2 目录 产品特性...1 应用...1 概述...1 功能框图...1 修订历史...2 技术规格... 5 电源.... 电源...5 绝对最大额定值...7 热阻...7 ESD 警告...7 引脚配置和功能描述...8 典型工作特性...9 测试电路...1 术语...17 工作原理...18 分析应用电路...18 设置闭环增益...18 估算输出噪声电压...18 反馈网络失配的影响...19 计算应用电路的输入阻抗...19 单电源应用的输入共模电压范围...2 设置输出共模电压...2 掉电工作模式...2 布局布线 接地和旁路...22 高性能 ADC 驱动...2. 电源...25 外形尺寸...2 订购指南...2 修订历史 21 年 月 修订版 B 至修订版 C 更改表 2 电源参数...4 更改表 4 电源参数... 更改图 增加掉电工作模式部分 年 1 月 修订版 A 至修订版 B 更改概述部分...1 更改表 1... 更改工作温度范围参数 表 更改表...5 更改图 更改图 5 和图...8 表 7 和表 8 增加 EP 行...8 增加图 4 图 47 和图 48, 重新排序...15 更改表 更改单电源应用的输入共模电压范围部分...2 更改订购指南 年 11 月 修订版 至修订版 A 增加 ADA 通篇修改产品特性部分...1 更改技术规格... 更改图 更改典型工作特性部分...9 插入图 增加单端输入的端接部分...19 更改表 1 和 更改布局布线 接地和旁路部分...22 插入图 59 图 和图 更新外形尺寸...2 更改订购指南 年 5 月 修订版 : 初始版 Rev. C Page 2 of 28

3 技术规格 5 电源 除非另有说明,T A = 25 C,+ S = 5, S =, OCM = + S /2,R T = 1.9 Ω,R G = R F = 2 Ω,G = +1,R L, dm = 1 kω 除非 另有说明, 所有规格适用于单端输入 差分输出 ±D IN 至 ±OUT 性能 表 1. 参数 测试条件 / 注释 最小值典型值 最大值 单位 动态性能 - db 小信号带宽.1 db 平坦度带宽 大信号带宽 压摆率 建立时间 过驱恢复时间 噪声 / 谐波性能二次谐波 三次谐波 IMD 电压噪声 (RTI) 输入电流噪声噪声系数串扰 (ADA497-2) 输入特性失调电压 输入偏置电流 输入失调电流输入电阻 输入电容输入共模电压 CMRR 输出特性输出电压摆幅线性输出电流输出平衡误差 OUT, dm =.1 p-p 19 MHz OUT, dm =.1 p-p 2 MHz OUT, dm = 2 p-p 17 MHz OUT, dm = 2 p-p; 25% 至 75% /µs OUT, dm = 2 p-p 7 ns IN = 至 1.5 步进 ;G =.1 <1 ns 失真测试电路参见图 51 OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 112 dbc OUT, dm = 2 p-p; 7 MHz 84 dbc OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 77 dbc OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 12 dbc OUT, dm = 2 p-p; 7 MHz 91 dbc OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 84 dbc f1 = 7 MHz; f2 = 7.1 MHz; OUT, dm = 2 p-p 91 dbc f = 1 khz 2.2 n/ Hz f = 1 khz 4 pa/ Hz G = 4; RT = 1 Ω; RF = 2 Ω; RG = 7 Ω; f = 1 MHz 15 db f = 1 MHz 72 db OS, dm = OUT, dm/2; DIN+ = DIN = ± m T MIN 至 T MAX 变化 ±1 µ/ C 21 1 µa T MIN 至 T MAX 变化.1 µa/ C µa 差分 MΩ 共模 MΩ 1 pf. 至. OUT, dm/ IN, cm; IN, cm = ±1 9 8 db 最大值 Δ OUT ; 单端输出 ;R F = R G = 1 kω 每个放大器 ;R L, dm = 2 Ω;f = 1 MHz Δ OUT, cm /Δ OUT, dm ;Δ OUT, dm = 1 ;f = 1 MHz; 测试电路参见图 ±7 ma 1 db Rev. C Page of 28

4 OCM 至 ±OUT 性能 表 2. 参数 测试条件 / 注释 最小值典型值 最大值 单位 OCM 动态性能 - db 带宽压摆率输入电压噪声 (RTI) OCM 输入特性输入电压范围输入电阻输入失调电压输入偏置电流 OCM CMRR 增益电源工作范围每个放大器的静态电流 电源抑制比 掉电模式 (PD) PD 输入电压 关闭时间开启时间每个放大器的 PD 偏置电流使能关断工作温度范围 44 MHz IN = 1.5 to.5 ; 25% 至 75% 115 /µs f = 1 khz 7.5 n/ Hz kω OS, cm = OUT, cm; DIN+ = DIN = +S/ m.5 µa OUT, dm/ OCM; OCM = ± db OUT, cm/ OCM; OCM = ± / 使能 ma T MIN 至 T MAX 变化 17 µa/ C 关断.2..5 ma OUT, dm/ S; S = db 关断使能 µs 2 ns PD = µa PD = 2 15 µa C Rev. C Page 4 of 28

5 . 电源 除非另有说明,T A = 25 C,+ S =., S =, OCM = + S /2,R T = 1.9 Ω,R G = R F = 2 Ω,G = 1,R L, dm = 1 kω 除非 另有说明, 所有规格适用于单端输入 差分输出 ±D IN 至 ±OUT 性能 表. 参数 测试条件 / 注释 最小值典型值 最大值 单位 动态性能 - db 小信号带宽.1 db 平坦度带宽大信号带宽压摆率建立时间过驱恢复时间噪声 / 谐波性能二次谐波 三次谐波 IMD 电压噪声 (RTI) 输入电流噪声噪声系数串扰 (ADA497-2) 输入特性失调电压 输入偏置电流 输入电阻 输入电容输入共模电压 CMRR 输出特性输出电压摆幅线性输出电流输出平衡误差 OUT, dm =.1 p-p 18 MHz OUT, dm =.1 p-p 2 MHz OUT, dm = 2 p-p 1 MHz OUT, dm = 2 p-p; 25% 至 75% 4 /µs OUT, dm = 2 p-p 7 ns IN = 至 1.5 步进 ;G =.1 <1 ns 失真测试电路参见图 51 OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 11 dbc OUT, dm = 2 p-p; 7 MHz 85 dbc OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 77 dbc OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 95 dbc OUT, dm = 2 p-p; 7 MHz 77 dbc OUT, dm = 2 p-p; 1 MHz 71 dbc f1 = 7 MHz; f2 = 7.1 MHz; OUT, dm = 2 p-p 87 dbc f = 1 khz 2.2 n/ Hz f = 1 khz 4 pa/ Hz G = 4; RT = 1 Ω; RF = 2 Ω; RG = 7 Ω; f = 1 MHz 15 db f = 1 MHz 72 db OS, dm = OUT, dm/2; DIN+ = DIN = +S/2 2.5 ± m T MIN 至 T MAX 变化 ±1 µ/ C µa T MIN 至 T MAX 变化.1 µa/ C 差分 MΩ 共模 MΩ 1 pf. 至 1.2 OUT, dm/ IN, cm; IN, cm = ±1 7 8 db 最大值 Δ OUT ; 单端输出 ;R F = R G = 1 kω 每个放大器 ;R L, dm = 2 Ω;f = 1 MHz Δ OUT, cm /Δ OUT, dm ;Δ OUT, dm = 1 ;f = 1 MHz; 测试电路参见图 ±47 ma 1 db Rev. C Page 5 of 28

6 OCM 至 ±OUT 性能 表 4. 参数 测试条件 / 注释 最小值典型值 最大值 单位 OCM 动态性能 - db 带宽压摆率输入电压噪声 (RTI) OCM 输入特性输入电压范围输入电阻输入失调电压输入偏置电流 OCM CMRR 增益电源工作范围每个放大器的静态电流 电源抑制比掉电模式 (PD) PD 输入电压 关闭时间开启时间每个放大器的 PD 偏置电流使能关断工作温度范围 44 MHz IN =.9 至 2.4 ; 25% 至 75% 9 /µs f = 1 khz 7.5 n/ Hz kω OS, cm = OUT, cm; DIN+ = DIN = m.5 µa OUT, dm/ OCM; OCM = ± db OUT, cm/ OCM; OCM = ± / 使能 8 4 ma T MIN 至 T MAX 变化 17 µa/ C 关断 ma OUT, dm/ S; S = db 关断使能 µs 2 ns PD =. 1 2 µa PD = µa C Rev. C Page of 28

7 绝对最大额定值 表 5. 参数 额定值 电源电压 5.5 功耗 见图 4 存储温度范围 -5 至 +125 工作温度范围 -4 至 +15 引脚温度 ( 焊接,1 秒 ) C 结温 15 C 注意, 超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏 这只是额定最值, 并不能以这些条件或者在任何其它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下, 推断器件能否正常工作 长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性 热阻 θ JA 的测量条件是将器件 ( 包括裸露焊盘 ) 焊接到高导热性 2s2p 电路板上, 如 EIA/JESD 51-7 所述 表. 热阻 封装类型 θja 单位 1 引脚 LFCSP( 裸露焊盘 ) 24 引脚 LFCSP( 裸露焊盘 ) 95 C/W 7 C/W 最大功耗 ADA497-x 封装内的最大安全功耗受限于相应的芯片结温 (T J ) 的升高情况 达到玻璃化转变温度 15 C 左右时, 塑料的特性会发生改变 即使只是暂时超过这一温度限值也有可能改变封装对芯片产生的应力, 从而永久性地转变 ADA497-x 的参数性能 长时间超过 15 C 的结温会导致芯片器件出现变化, 因而可能造成故障 MAXIMUM POWER DISSIPATION (W) ESD 警告 封装的功耗 (P D ) 为静态功耗与封装中负载驱动所导致的功耗之和, 而静态功耗则为电源引脚之间的电压 ( S ) 乘以静态电流 (I S ) 负载驱动所导致的功耗取决于具体应用, 等于负载电流乘以器件内的相关压降 上述计算中必须使用 RMS 电压和电流 气流可增强散热, 从而有效降低 θ JA 此外, 更多金属直接与封装引脚 / 裸露焊盘接触, 包括金属走线 通孔 地和电源层, 同样可降低 θ JA 图 4 显示在 JEDEC 标准 4 层板上,ADA497-1 单通道 1 引脚 LFCSP (95 /W) 和 ADA497-2 双通道 24 引脚 LFCSP (7 C/W) 两种封装的最大安全功耗与环境温度的关系 ADA ADA AMBIENT TEMPERATURE ( C) 图 4. 4 层板最大功耗与温度的关系 ESD( 静电放电 ) 敏感器件 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电 尽管本产品具有专利或专有保护电路, 但在遇到高能量 ESD 时, 器件可能会损坏 因此, 应当采取适当的 ESD 防范措施, 以避免器件性能下降或功能丧失 Rev. C Page 7 of 28

8 5 5 4 引脚配置和功能描述 1 S 1 S 1 S 1 S S OCM +OUT IN FB 1 PD1 OUT1 S S FB +IN IN +FB PIN 1 INDICATOR ADA497-1 TOP IEW (Not to Scale) 12 PD 11 OUT 1 +OUT 9 OCM IN1 +FB1 + S1 + S1 FB2 +IN S PIN 1 INDICATOR ADA497-2 TOP IEW (Not to Scale) 18 +OUT1 17 OCM1 1 S2 15 S2 14 PD2 1 OUT2 + S + S + S 7 + S 8 NOTES 1. EXPOSED PADDLE. THE EXPOSED PAD IS NOT ELECTRICALLY CONNECTED TO THE DEICE. IT IS TYPICALLY SOLDERED TO GROUND OR A POWER PLANE ON THE PCB THAT IS THERMALLY CONDUCTIE. 图 5. ADA497-1 引脚配置 IN2 +FB NOTES 1. EXPOSED PADDLE. THE EXPOSED PAD IS NOT ELECTRICALLY CONNECTED TO THE DEICE. IT IS TYPICALLY SOLDERED TO GROUND OR A POWER PLANE ON THE PCB THAT IS THERMALLY CONDUCTIE. 图. ADA497-2 引脚配置 591- 表 7. ADA497-1 引脚功能描述引脚编号引脚名称描述 1 FB 2 +IN IN 4 +FB 5 至 8 +S 9 OCM 1 +OUT 11 OUT 12 PD 1 至 1 S EP 反馈器件连接的负输出 正输入求和节点 负输入求和节点 反馈器件连接的正输出 正电源电压 输出共模电压 负载连接的正输出 负载连接的负输出 掉电引脚 负电源电压 裸露焊盘 裸露焊盘与器件无电气连接 通常焊接到地或 PCB 上的导热电源层 表 8. ADA497-2 引脚功能描述引脚编号引脚名称描述 1 IN1 2 +FB1, 4 +S1 5 FB2 +IN2 7 IN2 8 +FB2 9, 1 +S2 11 OCM2 12 +OUT2 1 OUT2 14 PD2 15, 1 S2 17 OCM1 18 +OUT1 19 OUT1 2 PD1 21, 22 S1 2 FB1 24 +IN1 EP 负输入求和节点 1 正输出反馈引脚 1 正电源电压 1 负输出反馈引脚 2 正输入求和节点 2 负输入求和节点 2 正输出反馈引脚 2 正电源电压 2 输出共模电压 2 正输出 2 负输出 2 掉电引脚 2 负电源电压 2 输出共模电压 1 正输出 1 负输出 1 掉电引脚 1 负电源电压 1 负输出反馈引脚 1 正输入求和节点 1 裸露焊盘 裸露焊盘与器件无电气连接 通常焊接到地或导热 PCB 上的导热电源层 Rev. C Page 8 of 28

9 典型工作特性除非另有说明,T A = 25 C,+ S = 5, S =, OUT, dm = 2 p-p, OCM = + S /2,R T = 1.9 Ω,R G = R F = 2 Ω,G = 1, R L, dm = 1 kω 测试设置电路参见图 49 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 12 G = +1, R F = 2Ω G = +2, R F = 42Ω G = +5, R F = 42Ω NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 12 G = +1, R F = 2Ω G = +2, R F = 42Ω G = +5, R F = 42Ω 图 7. 不同增益下的小信号频率响应, OUT, dm = 1 m p-p 图 1. 不同增益下的大信号频率响应 S =. S = 5. S =. S = 5. CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 CLOSED-LOOP GAIN (db) 图 8. 不同电源下的小信号频率响应, OUT, dm = 1 m p-p 图 11. 不同电源下的大信号频率响应 +15 C +25 C 4 C +15 C +25 C 4 C CLOSED-LOOP GAIN (db) CLOSED-LOOP GAIN (db) 图 9. 不同温度下的小信号频率响应, OUT, dm = 1 m p-p 图 12. 不同温度下的大信号频率响应 Rev. C Page 9 of 28

10 R L = 1kΩ R L = 1Ω R L = 2Ω R L = 1kΩ R L = 1Ω R L = 2Ω CLOSED-LOOP GAIN (db) CLOSED-LOOP GAIN (db) 图 1. 不同负载下的小信号频率响应, OUT, dm = 1 m p-p 图 1. 不同负载下的大信号频率响应 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 12 S =., G = +1, R F = 2Ω S =., G = +2, R F = 42Ω S =., G = +5, R F = 42Ω NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 12 S =., G = +1, R F = 2Ω S =., G = +2, R F = 42Ω S =., G = +5, R F = 42Ω 图 14. 不同增益下的小信号频率响应, S =., OUT, dm = 1 m p-p 图 17. 不同增益下的大信号频率响应, S =. NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 12 G = +1, R F = 48Ω G = +2, R F = 48Ω G = +5, R F = 48Ω NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 12 G = +1, R F = 48Ω G = +2, R F = 48Ω G = +5, R F = 48Ω 图 15. 不同增益下的小信号频率响应, OUT, dm = 1 m p-p,r F = 48 Ω 图 18. 不同增益下的大信号频率响应,R F = 48 Ω Rev. C Page 1 of 28

11 OCM CLOSED-LOOP GAIN (db) 9 OCM = 1. OCM = 2.5 OCM =.9 DISTORTION (dbc) HD2, G = +1, R F = 2Ω HD, G = +1, R F = 2Ω HD2, G = +2, R F = 42Ω HD, G = +2, R F = 42Ω 图 19. 不同 OCM 下的小信号频率响应 图 22. 谐波失真与频率和增益的关系 GAIN (db) DISTORTION (dbc) R L = 1kΩ R L = 1Ω R L = 1kΩ R L = 1Ω HD2, S = 5. HD, S = 5. HD2, S =. HD, S =. 图 2. 不同负载下的.1 db 平坦度响应 DISTORTION (dbc) DISTORTION (dbc) HD2, R L = 1kΩ HD, R L = 1kΩ HD2, R L = 2Ω HD, R L = 2Ω HD2, S =. HD, S =. HD2, S = 5. HD, S = 5. 图 2. 谐波失真与频率和负载的关系 OUT () 图 21. 谐波失真与频率和电源电压的关系 图 24. 谐波失真与 OUT 和电源电压的关系 Rev. C Page 11 of 28

12 4 5 HD2, f = 1MHz HD, f = 1MHz HD2, f = 75MHz HD, f = 75MHz 2 DISTORTION (dbc) DISTORTION (dbc) OCM () 图 25. 谐波失真与 OCM 和频率的关系 图 MHz 交调失真 4 5 HD2, f = MHz HD, f = MHz HD2, f = 75MHz HD, f = 75MHz 4 R L = 2Ω DISTORTION (dbc) 7 8 CMRR (db) OCM () 图 2. 谐波失真与 OCM 和频率的关系, S = 图 4. 4 层板最大功耗与温度的关系 DISTORTION (dbc) HD2, 1 p-p HD, 1 p-p HD2, 2 p-p HD, 2 p-p OUTPUT BALANCE (db) R L = 2Ω 图 27. 谐波失真与频率和 OUT 的关系, S = 图. 输出平衡与频率的关系 Rev. C Page 12 of 28

13 4 OUT, dm PSRR, S =. OUT, dm PSRR, S = G = +1 G = +2 G = +4 PSRR (db) NOISE FIGURE (db) 图 1. PSRR 与频率的关系,R L = 2 Ω 图 4. 噪声系数与频率的关系 S-PARAMETERS (db) S11 S OLTAGE () IN.1 OUT, dm TIME (4ns/DI) 图 2. 回损 (S11, S22) 与频率的关系 图 5. 过驱恢复时间 ( 脉冲输入 ) DISTORTION (dbc) SFDR, R L = 1kΩ SFDR, R L = 2Ω SIGNAL LEEL () IN OUT, dm 4 + S = +2.5 S = TIME (ns) 图. 无杂散动态范围与频率和负载的关系 图. 过驱幅度特性 ( 三角波输入 ) Rev. C Page 1 of 28

14 SUPPLY CURRENT (ma) C C 4 C +15 C +55 C SUPPLY CURRENT (ma) C C 4 C +15 C +55 C POWER-DOWN OLTAGE () POWER-DOWN OLTAGE () 图 7. 不同温度下电源电流与 PD 的关系 图 4. 不同温度下电源电流与 PD 的关系, S = S = +2.5 S = 2.5 OCM = OUT, dm = 4 p-p OUT, dm = 2 p-p + S = +2.5 S = 2.5 OCM = OLTAGE ().5.5 OLTAGE () TIME (1ns/DI) TIME (1ns/DI) 图 8. 小信号脉冲响应 图 41. 大信号脉冲响应 OUTPUT OLTAGE () S = +5 G = 1 R L, dm = 1kΩ OUTPUT OLTAGE () S = +5 G = 1 R L, dm = 1kΩ TIME (2ns/DI) TIME (2ns/DI) 图 9. 小信号 OCM 脉冲响应 图 42. 大信号 OCM 脉冲响应 Rev. C Page 14 of 28

15 G = 1 AMPLITUDE () POWER-DOWN PULSE IMPEDANCE ( 1 2 OUTPUT TIME (ms) 图 4. PD 响应与时间的关系 k 图 4. 闭环输出阻抗 CROSSTALK (db) INPUT2, OUTPUT1 INPUT1, OUTPUT2 IN () 1 1 IN SETTLING ERROR SETTLING ERROR (%) 图 44. ADA497-2 串扰与频率的关系 TIME (1ns/DI) 图 47..1% 建立时间 INPUT OLTAGE NOISE (n/ Hz) 1 OPEN-LOOP GAIN (db) PHASE GAIN OPEN-LOOP PHASE (Degrees) k 1k 1k 1M 1M FREQUENCY (Hz) 图 45. 电压频谱噪声密度,RTI k 1k 1k 1M 1M 1M 1G 1G FREQUENCY (Hz) 图 48. 开环增益和相位与频率的关系 Rev. C Page 15 of 28

16 测试电路 2Ω 5 5Ω 2Ω IN 1.9Ω OCM ADA497 1kΩ 2Ω 27.5Ω 2Ω 图 49. 等效基本测试电路 5Ω 2Ω 2Ω 5 5Ω IN 1.9Ω OCM ADA497 2Ω 5Ω 27.5Ω 2Ω 图 5. 输出平衡的测试电路 2Ω 5 5Ω FILTER 2Ω.1µF 412Ω FILTER IN 1.9Ω OCM 2Ω ADA497.1µF 412Ω 27.5Ω 2Ω 图 51. 失真测量的测试电路 Rev. C Page 1 of 28

17 术语 FB R F +D IN R G +IN OUT OCM ADA497 R L, dm OUT, dm D IN R G R F IN +OUT +FB 图 52. 电路定义差分电压差分电压指两个节点电压之差 例如, 输出差分电压 ( 亦称输出差模电压 ) 定义为 : OUT, dm = (+OUT OUT) 其中, +OUT 和 OUT 分别指 +OUT 引脚和 OUT 引脚相对于同一基准电压的电压 OUT, cm = (+OUT + OUT)/2 Output Balance Error 共模电压共模电压指两个节点电压的平均值 输出共模电压定义为 输出平衡输出平衡衡量差分信号的幅度相等的程度和相位相反的程度 确定输出平衡的最简单方法是在差分电压节点之间放置一个匹配良好的电阻分压器, 并将分压器中点的信号幅度与差分信号的幅度进行比较 ( 见图 5) 根据这种定义, 输出平衡等于输出共模电压的幅度除以输出差模电压的幅度 = OUT, cm OUT, dm Rev. C Page 17 of 28

18 工作原理 ADA497-x 与常规运算放大器不同, 它有两个电压反向的输出 与运算放大器类似, 它通过开环增益和负反馈强制这些输出达到所期望的电压 ADA497-x 很像标准电压反 馈型运算放大器, 更容易实现单端到差分转换 共模电平转换和差分信号放大 另外与运算放大器类似,, ADA497-x 具有高输入阻抗和低输出阻抗 两个反馈环路控制差分和共模输出电压 外部电阻设定的差分反馈环路只控制差分输出电压 共模反馈环路仅控制共模输出电压 这种架构可以很容易地将输出共模电平设为任意值 内部共模反馈强制其等于 OCM 输入上施加的电压, 而不影响差分输出电压 ADA497-x 的架构使得输出可以在很宽的频率范围内保持高度平衡, 而不需要严格匹配的外部元件 共模反馈环路强制输出共模电压中的信号分量清零, 结果得到近乎完美的平衡差分输出, 幅度完全相等, 相位相差 18 应用电路分析 ADA497-x 使用开环增益和负反馈来强制设定其差分和共模输出电压, 使差分和共模误差电压降到最低 差分误差电压定义为差分输入 +IN 和 IN 之间的电压 ( 见图 52) 在多数应用中, 可以假设此电压为 同样, 实际输出共模电压与 OCM 上的电压之差也可以假设为零 从这两个假设出发, 可以分析任意应用电路 设置闭环增益 图 52 所示电路的差模增益可由下式决定 : OUT, dm IN, dm R = R nrg1 nrg2 F G 假定各端的输入电阻 (R G ) 和反馈电阻 (R F ) 相等 估算输出噪声电压 ADA497-x 的差分输出噪声可以用图 5 中的噪声模型估算 折合到输入端的噪声电压密度 v nin 以差分输入建模, 噪声电流 i nin 和 i nin+ 出现在每个输入与地之间 假定噪声电流相等, 并在增益和反馈电阻的并联组合上产生电压 v n, cm 是 OCM 引脚上的噪声电压密度 四个电阻每个产生 (4kTR x ) 1/2 的噪声 表 9 总结了输入噪声源 倍增系数和折合到输出端噪声密度项 R G1 i nin+ i nin R G2 nin R F1 R F2 + nrf1 ADA497 OCM nrf2 nod ncm 图 5. ADA497-x 噪声模型 表 9. 输出噪声电压密度计算 输入噪声源输入噪声项输入噪声电压密度输出倍增因子输出噪声电压密度项 差分输入反相输入同相输入 OCM 输入增益电阻 R G1 增益电阻 R G2 反馈电阻 R F1 反馈电阻 R F2 vnin vnin GN vno1 = GN(vnIN) inin inin (RG2 RF2) GN vno2 = GN[inIN (RG2 RF2)] inin+ inin+ (RG1 RF1) GN vno = GN[inIN+ (RG1 RF1)] vn, cm vn, cm GN(β1 β2) vno4 = GN(β1 β2)(vn, cm) vnrg1 (4kTRG1) 1/2 GN(1 β1) vno5 = GN(1 β1)(4ktrg1) 1/2 vnrg2 (4kTRG2) 1/2 GN(1 β2) vno = GN(1 β2)(4ktrg2) 1/2 vnrf1 (4kTRF1) 1/2 1 vno7 = (4kTRF1) 1/2 vnrf2 (4kTRF2) 1/2 1 vno8 = (4kTRF2) 1/2 Rev. C Page 18 of 28

19 与常规运算放大器类似, 可通过用折合到输入端 (+IN 和 IN) 的误差项乘以合适的输出因子来估算输出噪声电压密度, 其中 : 是电路噪声增益 和 是反馈因子 图 54. 针对平衡 ( 差分 ) 输入的 ADA497-x 配置 当 R F1 /R G1 = R F2 /R G2 时,β1 = β2 = β, 噪声增益为 对于非平衡单端输入信号 ( 见图 55), 输入阻抗为 注意, 此时 OCM 的输出噪声为零 总差分输出噪声密度 v nod 是各输出噪声项的方和根 反馈网络失配的影响如前面设置闭环增益部分所述, 即使外部反馈网络 (R F /R G ) 不匹配, 内部共模反馈环路仍然会强制输出保持平衡 每个输出端的信号幅度保持相等, 相位相差 18 输入到输出的差模增益变化与反馈的不匹配成比例, 但输出平衡不受影响 除了 OCM 的噪声贡献外, 外部电阻的比例匹配误差会导致电路抑制输入共模信号的能力降低, 非常类似于使用常规运算放大器制成的四电阻差动放大器 而且, 如果输入和输出共模电压的直流电平不同, 匹配误差会导致一个细小的差模输出失调电压 对于 G = 1, 具有一个地基准输入信号且输出共模电平设定为 2.5 的情况, 如果使用 1% 容差电阻, 则可产生高达 25 m 的输出失调 (1% 共模电平差 ),1% 容差的电阻将导致一个约 4 db 的输入 CMRR( 最差情况 ) 25 m 的差模输出失调 ( 最差情况, 2.5 电平转换 ), 但不会对输出平衡误差造成明显恶化 计算应用电路的输入阻抗电路的有效输入阻抗取决于放大器是由单端信号源驱动, 还是由差分信号源驱动 对于平衡差分输入信号 ( 如图 54 所示 ), 两个输入端 (+D IN 和 D IN ) 之间的输入阻抗 (R IN,dm ) 为 : R IN, dm = 2 R G 图 55. 针对非平衡 ( 单端 ) 输入的 ADA497-x 配置该电路的有效输入阻抗高于作为反相放大器连接的常规运算放大器, 因为一小部分差分输出电压在输入端表现为共模信号, 从而部分增高了输入增益电阻 R G 两端的电压 单端输入的端接本节将探讨正确地将单端输入端接到 ADA497-x 的方法 通过源电阻为 5 Ω 的 2 输入源为例来说明必须遵守的四个简单步骤 1. 输入阻抗根据下式计算 : 图 5. 单端输入阻抗 R IN Rev. C Page 19 of 28

20 2. 若源端接电阻为 5Ω, 则用公式 R T R IN = 5 Ω 计算端接 电阻 (R T ), 使得 R T 等于 1.9 Ω 图. 完整的单端转差分系统 图 57. 添加端接电阻 R T. 为了补偿增益电阻的不平衡性, 需要添加一个校正电阻 (R TS ), 并使其与反相输入增益电阻 R G 相串联 R TS 等于源电阻 R S R T 的戴维宁等效值 图 58. 计算戴维宁等效值 R TS = R TH = R S R T = 27.4 Ω 注意, TH 不等于 S /2; 但是, 如果该端接电阻不受放大器电路的影响, 则 TH 等于 S /2 单电源应用中的输入共模电压范围 ADA497-x 针对以电平转换 以地为基准的输入信号进行优化 因此, 输入共模范围的中心从电源电压中间值向下偏移约 1 对于 5 单电源供电, 放大器求和节点上的输入共模范围为. 至., 对于. 电源为. 至 1.2 为了避免输出端箝位, 在 +IN 和 IN 端的电压摆幅必须符合该范围 设置输出共模电压 ADA497-x 的 OCM 引脚采用内部偏置, 偏置电压约等于电源电压中间值 [(+ S ) + ( S )]/2 使用该内部偏置得到的输出共模电压与预期值的偏差在 1 m 之内 对于需要对输出共模电平进行更加精确控制的情况, 建议使用外部源或电阻分压器 (1 kω 或更大电阻 ) 表 2 和表 4 列出的输出共模失调假设 OCM 输入由一个低阻抗电压源驱动 也可以将 OCM 输入连接到 ADC 的共模电平 (CML) 输出 然而, 必须注意确保输出有足够的驱动能力 OCM 引脚的输入阻抗约为 1 kω 如果多个 ADA497-x 器件共用一个基准输出, 建议使用缓冲器 图 59. 平衡增益电阻 R G 4. 计算反馈电阻以调整输出电压 a. 若要使输出电压 OUT = 1, 必须用以下公式计算 R F : 表 1 和表 11 列出了几个常用增益设置 相关电阻值 输入阻抗和输出噪声密度值, 适合平衡及非平衡输入配置 掉电工作模式 ADA497-x 掉电引脚采用内部 25 kω 上拉电阻拉高到正电源电压 (+ S ) 这样可以确保 ADA497-x 在不连接掉电引脚 ( 浮动 ) 的情况下开启 施加 1 的电压可关闭 ADA497-x b. 若要使 O = S = 2 以弥补输入端接电阻导致的损失, R F 应为 Rev. C Page 2 of 28

21 表 1. 以地为参考的差分输入 直流耦合 1 kω 负载 ; 参见图 54 标称增益 (db) F (Ω) RG (Ω) RIN, dm 差分输出噪声密度 (n/ Hz) 表 11. 以地为参考的单端输入 直流耦合,RS = 5 Ω,RL = 1 kω; 参见图 55 标称增益 (db) F (Ω) RG1 (Ω) RT (Ω) RIN, cm (Ω) RG2 (Ω) 1 差分输出噪声密度 (n/ Hz) RG2 = RG1 + (RS RT) Rev. C Page 21 of 28

22 布局布线 接地和旁路 ADA497-x 作为高速器件, 对其所工作的 PCB 环境非常敏感 要实现其优异的性能, 必须注意高速 PCB 设计的细节 本部分给出了解决 ADA497-1 设计问题的详细示例 第一个要求是实心地层应尽可能覆盖 ADA497-1 所在的电路板区域 然而, 反馈电阻 (R F ) 输入增益电阻(R G ) 和输入求和节点 ( 引脚 2 和引脚 ) 附近的区域都不能有接地层和电源层 ( 见图 1) 在这些节点处清除接地和电源层可以将杂散电容降到最低, 防止高频时放大器响应发生峰化现象 热阻 θ JA 的测量条件是将器件 ( 包括裸露焊盘 ) 焊接到高导热性 4 层电路板上, 如 EIA/JESD 51-7 所述 在尽可能靠近器件处将电源引脚直接旁路到附近的接地层 应使用高频陶瓷芯片电容 每个电源推荐使用两个并联旁路电容 (1 pf 和.1 μf),1 pf 电容应离器件更近 ; 在较远的地方, 用 1 μf 钽电容在每个电源到地之间提供低频旁路 信号路径应该短而直接, 避免寄生效应 在互补信号存在的地方, 对称布局可提高平衡性能 当差分信号经过较长路径时, 要保持 PCB 走线相互靠近, 将差分线路缠绕在一起, 尽量降低环路面积 这样做可以降低辐射能量, 并使电路不容易受干扰影响 图 2. 推荐的 PCB 热焊盘尺寸 (mm) 图 1. RF 和 RG 附近的接地和电源层的露空 1. TOP METAL GROUND PLANE. PLATED IA HOLE POWER PLANE BOTTOM METAL 图. 散热过孔连接到埋入式接地层的 4 层 PCB 横截面 ( 尺寸单位 :mm) Rev. C Page 22 of 28

23 高性能 ADC 驱动 ADA497-x 非常适合宽带 IF 应用 图 4 中的电路显示用于 驱动 14 位 15 MSPS ADC AD9445 的 ADA497-1 的前端连接 采用差分驱动时,AD9445 能够实现最佳性能 ADA497-x 可以实现单端到差分转换和缓 - 冲驱动信号等功能, 且不需要使用变压器来驱动 ADC ADA497-x 采用 5 单电源供电, 并针对单端输入转差分输出配置单位增益 1.9 Ω 端接电阻与 27 Ω 的单端输入阻抗并联, 为信号源提供 5 Ω 端接电阻 反相输入端附加的 2 Ω ( 总共 22 Ω) 电阻可平衡 5 Ω 信号源与驱动同相输入的端接电阻的并联阻抗 该信号发生器具有以接地电压为基准的对称双极性输出端 ADA497-x 的 OCM 引脚悬空, 因此内部分压器会将输出共模电压设置为电源电压中间值 ; 共模电压的一半被反馈至求和节点, 从而将 IN 和 +IN 偏置为 1.25 对于 2.5 共模电压, 每个 ADA497-x 输出在 2. 和. 间摆动, 提供 2 p-p 差分输出 放大器的输出端通过一个截止频率为 1 MHz 的二阶低通滤波器交流耦合至 ADC, 这可降低放大器的噪声带宽, 并将驱动器输出与 ADC 输入隔离 将 SENSE 引脚连接到 AGND, 可以将 AD9445 配置为 2 p-p 的满量程输入, 如图 4 所示 2Ω 5 (A). (A). (D) 5Ω SIGNAL GENERATOR 1.9Ω 2Ω 22Ω OCM 5.1µF nh + 24.Ω ADA Ω nh.1µf IN 47pF IN+ ADD2 BUFFER CLOCK/ TIMING ADD1 T/H DRDD AD9445 ADC REF 14 2Ω AGND SENSE 图 4. 驱动 14 位 15 MSPS ADC AD Rev. C Page 2 of 28

24 图 中的电路显示用于驱动 14 位 125 MSPS ADC AD924 的 ADA497-1 的简化前端连接 采用差分驱动时,AD924 能够实现最佳性能 ADA497-x 可以实现单端到差分转换, 免除用变压器来驱动 ADC 的需要 ADA497-x 采用 5 单电源供电, 并针对单端输入转差分输出配置 ~2 / 的增益 7.8 Ω 端接电阻与单端输入阻抗 17 Ω 并联, 为输入源提供 5 Ω 交流端接 反相输入端附加的 Ω( 总共 12 Ω) 电阻可平衡 5 Ω 信号源与驱动同相输入的端接电阻的并联交流阻抗 该信号发生器具有以接地电压为基准的对称双极性输出端 ADA497-x 的 OCM 引脚悬空, 因此内部上拉电阻会将输出共模电压设置为电源电压中间值 此部分会反馈至求和节点, 且 IN 和 +IN 偏置.55 对于 2.5 共模电压, 每个 ADA497-x 输出在 2. 和. 间摆动, 提供 2 p-p 差分输出 输出交流耦合至一个单极 低通滤波器 这可降低放大器的噪声带宽, 并且与 ADC 开关电容输入形成一定程度的隔离 AD924 通过将 SENSE 引脚连接至 AGND 设置为 2 p-p 满量程输入 AD924 的输入通过连接 CML 输出偏置为 1, 如图 所示 这电路通过不同频率下的 1 dbfs 信号测试 图 5 所示为二次和三次谐波失真 (HD2/HD) 与频率的关系曲线 HARMONIC DISTORTION (dbc) 75 G = +2 8 HD 85 HD 图 5. ADA497-x 和 AD924 ADC 组合的 HD2/HD Ω Ω 5 5Ω IN 1µF 1µF 9Ω 9Ω + ADA µF 2Ω 2Ω Ω 1pF ADD DRDD IN AD924 IN+ D1 TO D 5Ω 7.8Ω 1µF Ω AGND SENSE CML 2Ω 图. 驱动 14 位 125 MSPS ADC AD924 Rev. C Page 24 of 28

25 . 电源 ADA497-x 在. 单电源应用中提供极佳性能 当 ADA497-x 与低压 ADC 配合使用时, 可明显降低功耗 图 7 中的电路是以 ADA497-1 驱动 12 位 25 MSPS ADC AD92 的示例,ADC 采用 1.8 单电源工作 ADC 以差分方式驱动时可优化性能, 从而充分利用 1.8 电源提供的信号摆幅 ADA497-x 执行单端转差分转换 共模电平转换和驱动信号的缓冲 ADA497-x 采用. 单电源供电, 并针对单端输入转差分输出配置 2 / 的增益 59 Ω 端接电阻与 Ω 的单端输入阻抗并联, 为信号源提供 5 Ω 端接电阻 反相输入端附加 的 2 Ω( 总共 22 Ω) 电阻可平衡 5 Ω 信号源与驱动同相输入的端接电阻的并联阻抗 该信号发生器具有以接地电压为基准的对称双极性输出端 OCM 引脚连接到 AD92 的 CML 输出, 并将 ADA497-x 的输出共模设置为 1.4 放大器输出共模电压的三分之一反馈至求和节点, 从而将 IN 和 +IN 偏置为 ~.5 对于 1.4 共模电压, 每个 ADA497-x 输出在 1.9 和 1.71 间摆动, 提供 1.25 p-p 差分输出 ADA497-x 和 AD92 间的三阶 125 MHz 低通滤波器可降低放大器的噪声带宽, 并将驱动器输出与 ADC 输入隔离开 45Ω Ω IN 59Ω 2Ω OCM + ADA497-1 Ω 1pF 5nH pf ADD DRDD IN AD92 IN+ D11 TO D 22Ω Ω 5nH AGND CML 45Ω 图 7. 驱动 12 位 25 MSPS ADC AD92 Rev. C Page 25 of 28

26 外形尺寸 PIN 1 INDICATOR. BSC SQ TOP IEW 2.75 BSC SQ MAX. PIN 1 INDICATOR * (BOTTOM 1 IEW) 1 1. SQ 1.15 EXPOSED PAD SEATING PLANE 12 MAX.8 MAX.5 TYP MAX.2 NOM.2 REF.5 BSC 1.5 REF 9 8 *COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-22-EED-2 EXCEPT FOR EXPOSED PAD DIMENSION MIN FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET A 图 8. 1 引脚引脚架构芯片级封装 [LFCSP_Q], mm x mm 超薄四方体 (CP-1-2) 图示尺寸单位 :mm PIN 1 INDICATOR MAX SEATING PLANE 4. BSC SQ TOP IEW.8 MAX.5 TYP BSC SQ. MAX.5 BSC REF.5 MAX.2 NOM COPLANARITY.8.2 REF MAX 24 1 EXPOSED PAD (BOTTOM IEW) COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-22-GGD-2 PIN 1 INDICATOR SQ MIN FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET A 图 引脚引脚架构芯片级封装 [LFCSP_Q],4 mm x 4 mm 超薄四方体 (CP-24-1) 图示尺寸单位 :mm 订购指南 1 型号 温度范围 封装描述 封装选项 订购数量 标识 -4 至 引脚 LFCSP_Q 25 H1S -4 至 引脚 LFCSP_Q 5, H1S -4 至 引脚 LFCSP_Q 1,5 H1S -4 至 至 至 引脚 LFCSP_Q 24 引脚 LFCSP_Q 24 引脚 LFCSP_Q 25 5, 1,5 1 Z = RoHS 兼容器件 Rev. C Page 2 of 28

27 注释 Rev. C Page 27 of 28

28 注释 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D591sc --/1(C) Rev. C Page 28 of 28

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