ADA4939-1/ADA4939-2：超低失真差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高性能的 ADC 驅(qū)動(dòng)器對(duì)于確保系統(tǒng)的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一款備受關(guān)注的超低失真差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器——ADA4939-1/ADA4939-2。

文件下載：ADA4939-2.pdf

一、產(chǎn)品概述

ADA4939-1/ADA4939-2 是由 Analog Devices 公司推出的低噪聲、超低失真、高速差分放大器。它們采用了該公司專有的硅鍺（SiGe）互補(bǔ)雙極工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)極低的失真水平，輸入電壓噪聲僅為 2.3 nV/√Hz。這兩款放大器非常適合驅(qū)動(dòng)分辨率高達(dá) 16 位、頻率范圍從直流到 100 MHz 的高性能 ADC。

二、核心特性

（一）極低的諧波失真

在不同頻率下，ADA4939-1/ADA4939-2 都展現(xiàn)出了出色的諧波失真性能。例如，在 10 MHz 時(shí)，HD2 為 -102 dBc，HD3 為 -101 dBc；在 70 MHz 時(shí)，HD2 為 -83 dBc，HD3 為 -97 dBc；在 100 MHz 時(shí)，HD2 為 -77 dBc，HD3 為 -91 dBc。如此低的諧波失真，能夠有效減少信號(hào)的失真，提高系統(tǒng)的精度。

（二）低輸入電壓噪聲

輸入電壓噪聲僅為 2.3 nV/√Hz，這意味著在信號(hào)處理過程中，引入的噪聲非常小，有助于提高信號(hào)的質(zhì)量和系統(tǒng)的靈敏度。

（三）高速性能

• 具有 1.4 GHz 的 -3 dB 帶寬（G = 2），能夠處理高頻信號(hào)，滿足高速數(shù)據(jù)采集和處理的需求。
• 壓擺率高達(dá) 6800 V/μs（25% 到 75%），能夠快速響應(yīng)信號(hào)的變化。
• 快速過驅(qū)動(dòng)恢復(fù)時(shí)間小于 1 ns，確保在信號(hào)出現(xiàn)過驅(qū)動(dòng)情況后，能夠迅速恢復(fù)正常工作。

（四）靈活的增益設(shè)置

• 外部可調(diào)增益，通過簡(jiǎn)單的四個(gè)電阻組成的外部反饋網(wǎng)絡(luò)，就可以輕松實(shí)現(xiàn)不同的差分增益配置，且對(duì)于差分增益 ≥2 時(shí)穩(wěn)定工作。
• 支持差分至差分或單端至差分的操作模式，適應(yīng)不同的信號(hào)輸入需求。

（五）可調(diào)節(jié)的輸出共模電壓

通過內(nèi)部的共模反饋環(huán)路，用戶可以調(diào)節(jié)輸出共模電壓，使放大器的輸出與 ADC 的輸入相匹配，同時(shí)該環(huán)路還能提供出色的輸出平衡和抑制偶次諧波失真產(chǎn)物的能力。

（六）單電源供電

支持 3.3 V 到 5 V 的單電源供電，簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

基于其卓越的性能，ADA4939-1/ADA4939-2 在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：

• ADC 驅(qū)動(dòng)器：為高性能 ADC 提供低失真、低噪聲的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，確保 ADC 能夠準(zhǔn)確地采集和轉(zhuǎn)換信號(hào)。
• 單端至差分轉(zhuǎn)換器：將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，滿足一些需要差分輸入的系統(tǒng)要求。
• IF 和基帶增益模塊：在中頻和基帶信號(hào)處理中，提供合適的增益，增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度。
• 差分緩沖器：用于緩沖差分信號(hào)，提高信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力和穩(wěn)定性。
• 線路驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)距離的線路，減少信號(hào)的衰減和失真。

四、性能參數(shù)

（一）不同電源電壓下的性能

在 5 V 和 3.3 V 兩種電源電壓下，ADA4939-1/ADA4939-2 都有詳細(xì)的性能參數(shù)。例如，在 5 V 電源下，-3 dB 小信號(hào)帶寬為 1400 MHz，電壓噪聲（RTI）為 2.3 nV/√Hz；在 3.3 V 電源下，-3 dB 小信號(hào)帶寬同樣為 1400 MHz，電壓噪聲（RTI）也為 2.3 nV/√Hz。這些參數(shù)為工程師在不同電源環(huán)境下的設(shè)計(jì)提供了重要的參考。

（二）絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓、功率耗散、輸入電流、存儲(chǔ)溫度范圍、工作溫度范圍、引腳溫度（焊接，10 秒）和結(jié)溫等方面的限制。在使用過程中，必須嚴(yán)格遵守這些額定值，以確保器件的安全和可靠運(yùn)行。

（三）熱阻和最大功耗

不同封裝類型的熱阻不同，如 ADA4939-1 的 16 引腳 LFCSP 封裝熱阻為 98°C/W，ADA4939-2 的 24 引腳 LFCSP 封裝熱阻為 67°C/W。最大功耗與環(huán)境溫度有關(guān)，在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)需要考慮這些因素。

五、引腳配置和功能描述

ADA4939-1 采用 3 mm × 3 mm 的 16 引腳 LFCSP 封裝，ADA4939-2 采用 4 mm × 4 mm 的 24 引腳 LFCSP 封裝。引腳配置經(jīng)過優(yōu)化，便于印刷電路板（PCB）的布局，同時(shí)能夠最小化失真。每個(gè)引腳都有明確的功能，如 -FB 用于反饋組件連接，+IN 為正輸入求和節(jié)點(diǎn)等。

六、典型性能特性

通過一系列的圖表，展示了在不同溫度、增益、負(fù)載、電源電壓等條件下的小信號(hào)和大信號(hào)頻率響應(yīng)、諧波失真、互調(diào)失真、輸出平衡等性能特性。這些特性曲線可以幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

七、理論分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）工作原理

ADA4939-1/ADA4939-2 通過兩個(gè)反饋環(huán)路來控制差分和共模輸出電壓。差分反饋控制差分輸出電壓，共模反饋控制共模輸出電壓，這種架構(gòu)使得輸出共模電壓能夠方便地設(shè)置為任意指定范圍內(nèi)的值，并且輸出信號(hào)具有良好的平衡度。

（二）閉環(huán)增益設(shè)置

通過輸入電阻（RG）和反饋電阻（RF）的合理選擇，可以確定電路的差分模式增益。需要注意的是，為了保證穩(wěn)定性，差分增益應(yīng) ≥2。

（三）輸出噪聲電壓估計(jì)

可以使用噪聲模型來估計(jì)差分輸出噪聲。輸入?yún)⒖荚肼曤妷好芏取⒃肼曤娏饕约案鱾€(gè)電阻的熱噪聲都會(huì)對(duì)輸出噪聲產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮這些因素，以降低輸出噪聲。

（四）反饋網(wǎng)絡(luò)失配的影響

即使外部反饋網(wǎng)絡(luò)存在失配，內(nèi)部的共模反饋環(huán)路仍能使輸出保持平衡，但會(huì)影響輸入到輸出的差分模式增益。因此，在大多數(shù)應(yīng)用中，建議使用標(biāo)稱匹配的反饋因子，以減少輸出噪聲和偏移。

（五）輸入阻抗計(jì)算

對(duì)于平衡差分輸入信號(hào)和不平衡單端輸入信號(hào)，輸入阻抗的計(jì)算方法不同。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的信號(hào)源類型，正確計(jì)算輸入阻抗，以實(shí)現(xiàn)良好的匹配。

（六）單端輸入端接

當(dāng)使用單端輸入時(shí)，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩私犹幚怼０ㄓ?jì)算輸入阻抗、選擇合適的端接電阻、補(bǔ)償增益電阻的不平衡以及進(jìn)行最終的增益調(diào)整等步驟，以確保獲得期望的輸出電壓。

（七）輸入和輸出電容性交流耦合

輸入和輸出可以采用電容性交流耦合的方式。輸入交流耦合電容可以阻止直流共模反饋電流的流動(dòng)，使放大器的直流輸入共模電壓等于直流輸出共模電壓；輸出交流耦合電容可以隔離直流分量，減少放大器的負(fù)載和功耗。

（八）最小 RG 值

由于 ADA4939-1/ADA4939-2 的帶寬較寬，為了在放大器前端提供足夠的阻尼，RG 的值必須大于或等于 50 Ω。

（九）輸出共模電壓設(shè)置

VOCM/VOCMx 引腳內(nèi)部通過兩個(gè) 20 kΩ 的電阻組成的分壓器進(jìn)行偏置，通常輸出共模電壓在中電源點(diǎn)附近。如果需要更精確的控制，可以使用外部源或電阻分壓器，并且源電阻應(yīng)小于 100 Ω。

八、PCB 布局、接地和旁路

作為高速器件，ADA4939-1/ADA4939-2 對(duì) PCB 環(huán)境非常敏感。在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 提供一個(gè)盡可能覆蓋大面積的實(shí)心接地平面，但在反饋電阻（RF）、增益電阻（RG）和輸入求和節(jié)點(diǎn)附近，應(yīng)清除所有的接地和電源平面，以減少雜散電容，防止放大器在高頻時(shí)出現(xiàn)響應(yīng)峰值。
• 電源引腳應(yīng)盡可能靠近器件進(jìn)行旁路，并直接連接到附近的接地平面。建議每個(gè)電源使用兩個(gè)并聯(lián)的旁路電容（1000 pF 和 0.1 μF），將 1000 pF 的電容靠近器件放置，同時(shí)在更遠(yuǎn)的位置使用 10 μF 的鉭電容進(jìn)行低頻旁路。
• 信號(hào)布線應(yīng)短而直接，避免寄生效應(yīng)。對(duì)于互補(bǔ)信號(hào)，應(yīng)提供對(duì)稱的布局，以最大化平衡性能。在長(zhǎng)距離布線差分信號(hào)時(shí)，應(yīng)確保 PCB 走線靠近，并對(duì)差分布線進(jìn)行扭絞，以減少輻射能量和降低電路對(duì)干擾的敏感性。

九、高性能 ADC 驅(qū)動(dòng)示例

以 ADA4939-1 驅(qū)動(dòng) AD9445 14 位、105 MSPS ADC 為例，展示了其在實(shí)際應(yīng)用中的配置和性能。通過單 5 V 電源供電，增益設(shè)置為 2，實(shí)現(xiàn)單端輸入到差分輸出的轉(zhuǎn)換。輸入采用交流耦合方式，減輕了放大器的負(fù)載，降低了功耗。同時(shí)，通過合理的端接電阻和增益電阻的配置，確保了信號(hào)的匹配和輸出電壓的準(zhǔn)確性。

十、總結(jié)

ADA4939-1/ADA4939-2 以其極低的諧波失真、低輸入電壓噪聲、高速性能、靈活的增益設(shè)置和可調(diào)節(jié)的輸出共模電壓等特性，成為高性能 ADC 驅(qū)動(dòng)的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，合理選擇參數(shù)，注意 PCB 布局和接地等問題，以充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似的 ADC 驅(qū)動(dòng)器時(shí)，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。