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低成本高速差動放大器AD8132
摘要: AD8132是一種低成本的具有單輸入或差模輸入和差模輸出的放大器,它可用電阻來控制增益。AD8132有其獨特的內(nèi)部反饋,可以調整輸出增益。當AD8132工作在10MHz時,可以保持- 68dB的相位平衡,還可以抑制諧波,并能有效降低電磁輻射,這一點是驅動差模輸入的A/D轉換器或者長距離傳輸信號用運算放大器技術的一個較大改進。
Abstract:
Key words :

  1概述

  AD8132是一種低成本的具有單輸入或差模輸入和差模輸出的放大器,它可用電阻來控制增益。AD8132有其獨特的內(nèi)部反饋,可以調整輸出增益。當AD8132工作在10MHz時,可以保持- 68dB的相位平衡,還可以抑制諧波,并能有效降低電磁輻射,這一點是驅動差模輸入的A/D轉換器或者長距離傳輸信號用運算放大器技術的一個較大改進。

  在ADI公司基于雙極性XFCB技術基礎上的產(chǎn)品中,AD8132除了具有低成本的特性以外,其通帶頻率可高達350MHz,并能傳輸差模信號。它在 5MHz時只有-99dBc的SFDR失真度。AD8132無需帶有高性能的A/D轉換器的發(fā)送器,不會損失低頻信息和直流信息,其差模輸出端的共模電平可以通過VOCM管腳的輸入電壓來調整,這樣在驅動單電源的A/D轉換器時,可以快捷地平移輸入電平。AD8132快速的過載恢復能力則可保證它的采樣準確性。

  AD8132也可以作為差模信號驅動器來通過絞纜或者同軸電纜傳輸高速信號。AD8132可以通過調整反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)來提高信號中的高頻成分,并可驅動cat3或者cat5組成的絞纜或同軸電纜,且線路損耗很小,因此,可廣泛應用于模擬視頻信號和數(shù)字視頻信號以及其它高速數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)。

  AD8132為差模信號操作方式,并可以大地為參考電平,故而受地面噪聲的影響很小。它可以通過一條信號鏈進行差模信號處理,如進行濾波和放大等,因而可大大簡化差模信號與單輸入信號之間的轉換過程。

  AD8132采用SOIC和μSOIC封裝形式。可工作在-40℃~+85℃溫度范圍內(nèi)。

  2引腳功能

  圖1所示為AD8132的管腳圖,表1所列為其管腳的功能說明。

AD8132的管腳圖

管腳的功能說明

  3工作原理

  AD8132與普通運放的差別在于其電路結構上有互補的外部輸入輸出。其中,輸入VOCM可用來控制共模輸出電壓,而輸出則是普通運放的單輸出模擬補充成分。在工作時,普通的運放通常只有一個反饋回路,而AD8132卻有兩個反饋回路。這就使得AD8132可以廣泛應用于各種新型的電路。

  AD8132的一個反饋回路可用來控制共模輸出電壓,以VOCM為輸入信號,相對應的輸出為共模電壓或者兩個差模電壓(+OUT和-OUT)的平均值。電路的增益通常設為單位增益。當AD8132工作在線性區(qū)時,必須遵循VOUT,cm=VOCM的限制條件。另一個反饋回路則決定著電路的差模輸出。與普通運放類似,放大器的增益可通過負反饋來控制。

  4 AD8132的應用電路

  4.1基本應用電路

  在分析AD8132的應用電路時,應基于以下假設:

  • 高輸入阻抗,且負載效應可以忽略;
  • 輸入偏置電流足夠小,可以忽略;
  • 低輸出阻抗;
  • 開環(huán)增益無窮大;
  • 失調電壓為0。  

  由于AD8132可以由純差模電壓來驅動,故AD8132可以廣泛應用于各種具有差模輸出的單輸入電路。

  在具有差模輸出的單輸入電路中的零輸入情況下,RG應與參考端相連(這里的參考端假設為地)。圖2是AD8132使用兩個反饋回路的一個基本電路。

AD8132使用兩個反饋回路的一個基本電路

  對于反饋網(wǎng)絡而言,可以求得反饋因子:

β1=RG1/(RG1+RF1);β2=RG2/(RG2+RF2)

  其中β1是指驅動端的反饋因子,而β2是指參考電壓端的反饋因子。各反饋因子均可為0~1之間的任何值。電路增益的通用公式為:

G=2(1-β1)/(β1+β2)

  4.2 A/D驅動器  

  最新的高速A/D轉換器通常都是單輸入,同時也有差模輸入端。因此,A/D轉換器的驅動器應該具備將單輸入信號轉換成差模信號的功能,并且能夠平移共模輸出電壓電平,而且應該是低失真低噪聲的。對于這樣的A/D轉換器,采用AD8132來驅動是最適合的。圖3是采用AD813210來驅動10位 40MSPS的A/D轉換器AD9203的驅動電路。

采用AD813210來驅動10位 40MSPS的A/D轉換器AD9203的驅動電路

  圖3中,AD8132和AD9203均由3V單電源驅動。AD8132以1VP-P的信號作為輸入信號,采用分壓器可將VOCM的電壓值調在電壓中點。因此,VOUT,dm得到的亦為電壓中點值,這正好在AD9203的共模輸出范圍內(nèi)。在A/D和驅動器之間是一個單級差動濾波器,利用它可濾去部分噪聲。每個A/D輸入端均由0.5VP-P的直流信號(范圍為1.25V~1.75V)驅動。

  4.3 平衡電纜驅動器  

  當驅動雙絞纜時,通常要設計為傳輸差模信號,這是因為傳輸線通常都用平衡絞纜,所以,使用差模信號傳輸可以使信號在線路中的衰減達到最小。

  感應電場通常都被限制在兩根絞纜圍成的區(qū)域里,一般不會發(fā)生輻射。電纜中的電流引起的磁場則有可能帶來輻射,但是絞纜又常??梢韵拗齐姶泡椛涞拇笮?。因為相鄰的絞纜具有相反的磁場極性。若兩根絞纜絞合的足夠緊密,這些小磁場環(huán)路將會包含絕大部分的磁通量,因此,遠磁場的效應可以忽略。

 

  差模信號的任何不平衡現(xiàn)象都會以共模信號的形式作用于電纜,這就等同于以共模信號驅動單根電纜。這時,電纜就等同于一根天線。因此,為了盡量減少輻射,在以差模信號作用于絞纜時,差模信號必須得到很好的匹配。AD8132的共模反饋回路有助于使輸出端的共模電壓最小化,因此,可用作平衡差模線路的驅動器。圖4是一個使用AD830作為單位增益的差模信號接受器,可用來驅動10米長的cat5電纜。

一個使用AD830作為單位增益的差模信號接受器

  4.4發(fā)送均衡器  

  只要是導線,不論長短,都會對其所攜帶的信息有所衰減,尤其是高頻信號。一種補償方法是使用一個平衡補償電路在發(fā)送電路中激發(fā)高頻信號,以減弱信號在電纜的終極接受端的衰減。在更高的頻率下,降低反饋網(wǎng)絡中RG的阻抗值可以提高電路的高頻增益,圖5是一種增益為2的發(fā)送線路驅動器的頻率上拉電路。其中RG采用10pF的電容分流。

一種增益為2的發(fā)送線路驅動器的頻率上拉電路

  4.5低通差動濾波器

  AD8132可應用于各種不同類型的有源濾波網(wǎng)絡。它們擁有單輸入端和差模輸出端,在驅動差動A/D轉換器時有去假頻的功能。圖6為一個低通多反饋濾波器的框圖,其工作部分包括兩級濾波,在輸出端又有一個附加濾波網(wǎng)絡,其通帶頻率高達1MHz。

一個低通多反饋濾波器的框圖

  4.6高共模輸出阻抗放大器  

  改變VOCM的線路連接,可提高共模輸出阻抗。在圖7所示電路中,VOCM由分壓器驅動,這樣可調整共模輸出電壓;此時,10m長的cat5絞纜接收端的信號為電壓中點值。所有由噪聲引起的共模信號將會出現(xiàn)在發(fā)送端,也必須在發(fā)送端被吸收掉。因此,要求發(fā)送器具有足夠的共模輸出范圍,以完全吸收掉電纜中所產(chǎn)生的共模信號。這就是人們有時所說的電路“變壓器效應”。但該電路與發(fā)送器的主要區(qū)別是AD8132同時也傳輸直流信號,而發(fā)送器則不會傳輸直流信號。

高共模輸出阻抗放大器

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