低电压ADC的超低噪声驱动器ADA4930-1/ADA4930-2：高性能之选

在电子设计领域，低电压ADC的应用越来越广泛，而与之匹配的高性能驱动器至关重要。今天，我们就来深入了解一下Analog Devices推出的超低噪声驱动器ADA4930-1/ADA4930-2。

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一、产品概述

ADA4930-1/ADA4930-2是非常低噪声、低失真、高速的差分放大器。它们是驱动1.8V高性能ADC（分辨率高达14位，频率范围从直流到70MHz）的理想选择。其可调节的输出共模电压能使其与ADC的输入相匹配，内部共模反馈环路则提供了出色的输出平衡、偶次谐波失真抑制和直流电平转换功能。

二、产品特性

（一）低噪声与低失真

• 低输入电压噪声：仅为1.2 nV/√Hz，能有效降低系统噪声，提高信号质量。
• 极低的谐波失真：在不同频率下，HD2和HD3的失真都非常低。例如，在10MHz时，HD2为 -104 dBc，HD3为 -101 dBc；在70MHz时，HD2为 -79 dBc，HD3为 -82 dBc；在100MHz时，HD2为 -73 dBc，HD3为 -75 dBc。

（二）高速性能

• -3 dB带宽：高达1.35 GHz（G = 1），能满足高频信号处理的需求。
• 压摆率：达到3400 V/μs（25% - 75%），可快速响应信号变化。
• 0.1 dB增益平坦度：可延伸至380 MHz，保证了在较宽频率范围内的增益稳定性。
• 快速过驱动恢复：仅需1.5 ns，能迅速从过驱动状态恢复正常工作。

（三）其他特性

• 典型失调电压低：仅为0.5 mV，减少了误差。
• 外部可调增益：通过简单的四个电阻组成的外部反馈网络，可轻松实现不同的增益配置。
• 多种工作模式：支持差分 - 差分或单端 - 差分操作。
• 可调节输出共模电压：能适应不同ADC的输入要求。
• 单电源供电：可使用3.3V或5V电源，方便系统设计。

三、应用领域

• ADC驱动器：为ADC提供低噪声、低失真的驱动信号，提高ADC的性能。
• 单端 - 差分转换器：将单端信号转换为差分信号，适用于需要差分信号处理的系统。
• IF和基带增益模块：在中频和基带信号处理中提供增益。
• 差分缓冲器：用于缓冲差分信号，增强信号的驱动能力。
• 线路驱动器：驱动长线路上的信号传输。

四、技术参数详解

（一）不同电源电压下的性能

1. 3.3V工作条件

在 (V{S}=3.3 ~V{t})，(V{ICM}=0.9 ~V)，(V{OCM}=0.9 ~V)，(R{F}=301 Omega)，(R{G}=301 Omega)，(R{L.dm}=1 k Omega) 等条件下，具有良好的性能表现。例如，压摆率为2877 V/μs，建立时间到0.1%（(V{O,dm}=2 V) 阶跃，(R{L}=200 Omega)）为6.3 ns，过驱动恢复时间（(G = 3)，(V{IN,dm}=0.7 V_{p - p}) 脉冲）为1.5 ns等。

2. 5V工作条件

在 (V{S}=5 ~V{t}) 等条件下，性能更加出色。-3 dB小信号带宽为1350 MHz，压摆率为3400 V/μs，在不同频率下的谐波失真和互调失真性能也优于3.3V工作条件。

（二）绝对最大额定值

• 电源电压：最大为5.5V，使用时需注意电源电压的稳定性，避免超过该值损坏器件。
• 功耗：其最大安全功耗受结温（(T_{J})）限制，当结温接近150°C（玻璃化转变温度）时，塑料特性会改变，可能导致器件性能永久变化。
• 温度范围：存储温度范围为 -65°C到 +125°C，工作温度范围为 -40°C到 +105°C。

（三）热阻与功耗

不同封装的热阻不同，16引脚LFCSP（外露焊盘）为98 °C/W，24引脚LFCSP（外露焊盘）为67 °C/W。在设计散热方案时，可通过增加气流、使用金属连接等方式降低热阻，提高散热效率。

五、电路设计要点

（一）闭环增益设置

通过外部四个电阻组成的反馈网络可轻松实现不同的闭环增益。例如，当 (R{F}=R{G}) 时，增益为1；当 (R{F}=2R{G}) 时，增益为2 。在实际设计中，需根据具体需求选择合适的电阻值。

（二）输出噪声电压估算

输出噪声电压可通过输入参考噪声电压密度、噪声电流等因素进行估算。在匹配的反馈网络中，可根据相关公式计算输出噪声密度。同时，要注意反馈网络的匹配程度，避免因不匹配导致额外的噪声。

（三）输入共模电压范围

输入共模电压范围在 (V_{s}=3.3 ~V) 时为0.3 V到1.5 V，为避免非线性，+IN和 -IN 端子的电压摆幅必须限制在该范围内。在设计信号源和偏置电路时，要确保输入电压在该范围内。

（四）布局、接地和旁路

作为高速器件，ADA4930-1/ADA4930-2的性能实现需要注意高速PCB设计细节。

• 多层PCB：使用具有实心接地和电源平面的多层PCB，尽可能覆盖更多的板面积。
• 旁路电容：每个电源引脚直接旁路到附近的接地平面，使用0.1 µF高频陶瓷芯片电容进行高频旁路，使用10 µF钽电容进行低频大容量旁路。
• 信号路由：信号路由应短而直接，避免寄生效应。对于互补信号，提供对称布局以最大化平衡性能。
• 射频传输线：使用射频传输线连接驱动器和接收器到放大器。
• 减少杂散电容：通过清除输入/输出引脚下方的接地和低阻抗平面，减少杂散电容。

六、应用案例

（一）驱动AD9255 ADC

在驱动AD9255（14位，80 MSPS ADC）的电路中，ADA4930-1配置为单端输入到差分输出，增益为2 V/V。通过合理设置电阻和偏置电压，确保输入在规定的共模电压范围内。同时，将VOCM引脚连接到AD9255的VCM输出，设置输出共模电压为0.9 V。在信号源和增益电阻上添加直流偏置，保证ADA4930-1的输入始终高于规定的最小输入共模电压。此外，在ADA4930-1和AD9255之间添加三阶40 MHz低通滤波器，可减少放大器的噪声带宽，隔离驱动器输出和ADC输入。

（二）驱动AD9640 ADC

在驱动AD9640（14位，80 MSPS ADC）的电路中，ADA4930-2同样配置为单端输入到差分输出，增益为2 V/V。通过合理的电阻配置和直流偏置设置，确保输入和输出满足要求。将VOCM引脚连接到AD9640的CML输出，设置输出共模电压为1 V。同样，在两者之间添加三阶40 MHz低通滤波器，优化系统性能。

七、总结

ADA4930-1/ADA4930-2以其出色的低噪声、低失真和高速性能，成为低电压ADC驱动器的优秀选择。在实际应用中，我们需要根据具体的系统需求，合理设置增益、输出共模电压等参数，同时注意PCB布局、接地和旁路等细节，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中，有没有遇到过一些特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。