探索MAX9626/MAX9627/MAX9628：低噪声、低失真的1.35GHz全差分放大器

在电子设计领域，高性能的放大器是许多应用中的关键组件。今天，我们来深入了解一下Maxim推出的MAX9626/MAX9627/MAX9628系列低噪声、低失真的1.35GHz全差分放大器，看看它们能为我们的设计带来哪些优势。

文件下载：MAX9626.pdf

一、产品概述

MAX9626/MAX9627/MAX9628适用于从直流到1.35GHz的应用，是低噪声、低失真、高带宽的差分放大器/ADC驱动器。其极低的输入参考噪声和低失真特性，使其成为驱动高速12位至16位流水线ADC的理想选择。通过VOCM输入引脚可以设置输出共模电压，无需耦合变压器或交流耦合电容。该系列IC具有关断模式以节省功耗，采用12引脚、3mm x 3mm TQFN封装，工作温度范围为 -40°C至 +125°C。

二、产品特性

2.1 低噪声与低失真

• 低电压噪声密度：仅为3.6nV/√Hz，能有效减少信号中的噪声干扰，提高信号质量。
• 低谐波失真：在10MHz时，HD2/HD3可达 -102/-105dB；在125MHz时，HD2/HD3为 -86/-80dB，确保信号的高保真度。

  2.2 灵活的增益选项

  工厂预设了1V/V、2V/V、4V/V三种增益选项，可根据不同的应用需求进行选择，增强了产品的通用性。

  2.3 高带宽

  拥有1.35GHz的小信号带宽，能够处理高频信号，满足高速应用的要求。

  2.4 可调节输出共模电压

  通过VOCM输入引脚可灵活设置输出共模电压，使放大器能更好地与后续电路匹配。

  2.5 多种工作模式

  支持差分输入到差分输出或单端输入到差分输出的工作模式，适应不同的信号源和负载。

  2.6 低功耗设计

  关断电流仅为25µA，在不工作时能有效降低功耗，延长设备的续航时间。

  2.7 宽电源电压范围

  支持 +2.85V至 +5.25V的单电源电压，可适应不同的电源系统。

  2.8 小封装

  采用3mm x 3mm 12引脚TQFN封装，节省了电路板空间，适合小型化设计。

三、应用领域

该系列放大器具有广泛的应用领域，包括但不限于：

• 通信领域：在无线通信、光纤通信等系统中，可用于信号放大和驱动ADC，提高通信质量。
• 医学成像：如CT、MRI等设备中，对信号的精度和质量要求较高，MAX9626/MAX9627/MAX9628的低噪声和低失真特性能够满足其需求。
• 自动测试设备（ATE）：可用于测试各种电子器件的性能，确保测试结果的准确性。
• 高性能仪器仪表：如示波器、频谱分析仪等，为仪器提供高质量的信号放大。

四、电气特性

4.1 直流特性

• 电源电压范围：2.85V至5.25V，保证了在不同电源条件下的稳定工作。
• 电源电流：在正常工作时，典型值为59 - 80mA；关断时为25 - 50µA。
• 电源抑制比（PSRR）：不同型号在不同条件下的PSRR有所差异，一般在60 - 92dB之间，能有效抑制电源噪声对信号的影响。
• 差分电压增益：MAX9626为1V/V，MAX9627为2V/V，MAX9628为4V/V，与预设的增益选项一致。
• 增益误差：在 -1V至 +1V的输出电压范围内，增益误差在 -2 ±0.2%至 +2%之间，保证了增益的准确性。
• 输入失调电压：不同型号和温度条件下有所不同，一般在2 ±8mV至2 ±13mV之间。
• 共模输入电压范围：根据不同型号和VOCM的设置，输入电压范围有所变化，能适应不同的输入信号。

  4.2 交流特性

• 3dB大信号带宽：不同型号的3dB大信号带宽在1000 - 1350MHz之间，可处理较高频率的信号。
• 0.1dB大信号带宽：在80 - 90MHz之间，保证了在一定带宽内信号的平坦度。
• 压摆率：典型值在5500 - 6500V/µs之间，能够快速响应信号的变化。
• 交流电源抑制比（AC PSRR）：一般在62 - 65dB之间，进一步抑制交流电源噪声。
• 输入电压噪声：在10MHz时，不同型号的输入电压噪声在3.6 - 5.7nV/√Hz之间。
• 噪声系数：在Rs = 50Ω时，不同型号的噪声系数在18.1 - 22.2dB之间。
• 谐波失真：在不同频率和输出电压条件下，HD2和HD3的失真情况有所不同，如在10MHz、VCC = 5V、VOUT+ - VOUT- = 2.0VP-P时，MAX9626的HD2/HD3为 -98/-103dB。
• 容性负载：在不出现持续振荡的情况下，可驱动的容性负载为10pF。
• 上电时间：典型值为2.3µs，能够快速进入工作状态。

五、典型工作特性

文档中给出了大量的典型工作特性曲线，包括谐波失真与频率、负载、输出摆幅的关系，小信号带宽与频率、负载、VVOCM的关系，电源电流与温度、电源电压的关系等。这些曲线能够帮助工程师更好地了解放大器在不同条件下的性能表现，从而进行合理的设计。例如，通过谐波失真与负载的关系曲线，我们可以选择合适的负载电阻，以降低谐波失真，提高信号质量。

六、引脚配置与功能

6.1 引脚配置

该系列放大器采用12引脚TQFN封装，引脚分布如下：	引脚编号	引脚名称	功能
1	IN+	同相差分输入
2	VOCM	输出共模电压输入
3	IN-	反相差分输入
4	RT-	IN-的端接电阻端子
5, 6	VCC	正电源电压
7	OUT+	同相差分输出
8	SHDN	低电平有效关断模式输入
9	OUT-	反相差分输出
10, 11	VEE	负电源电压
12	RT+	IN+的端接电阻端子
EP	暴露焊盘，连接到VEE

6.2 引脚功能

• 输入引脚：IN+和IN-用于输入差分信号；VOCM用于设置输出共模电压。
• 输出引脚：OUT+和OUT-输出差分信号。
• 电源引脚：VCC和VEE提供电源。
• 关断引脚：SHDN用于控制放大器的关断模式，低电平时进入关断状态，降低功耗。

七、详细工作原理

7.1 反馈回路

该系列放大器采用电压反馈实现差分输入到差分输出的放大功能。内部有两个反馈回路：

• 差分反馈回路：利用片上电阻设置差分增益，信号在输入和输出端以差分方式处理。
• 共模反馈回路：控制输出端的共模电压，使反相和同相输出端的共模电压等于VOCM输入引脚的电压，且输出信号幅度相等、相位相差180°，实现完美平衡。

  7.2 输入阻抗

  放大器的输入阻抗由内部增益电阻决定，因此源阻抗会影响放大器的增益。为实现源阻抗匹配，需要使用输入端接电阻。如果选择使用片上端接电阻，在单端输入配置下，放大器的输入阻抗为50Ω。

  7.3 固定增益选项

  IC内部有增益电阻，可实现出色的带宽和失真性能。由于增益电阻和放大器输入之间的虚拟接地节点在器件内部，这些节点的寄生电容被降至最低，从而提高了器件的交流性能。该系列有三种增益选项，具体参数如下表所示：	增益（V/V）	RG（Ω）	RF（Ω）	3dB带宽（GHz）
  1	200	200	1
  2	150	300	1.35
  4	125	500	1.15

  差分增益由公式 (G = RF / RG) 计算得出。

  7.4 内部端接

  当源阻抗RS为50Ω且放大器输入阻抗需要与之匹配时，可使用内部RT电阻。对于由差分源阻抗驱动的完美平衡电路，放大器的输入阻抗 (RIN = 2 × RG)；对于单端输入应用，输入阻抗的计算需要满足 (R_{IN} || RT = Rs) ，由此可推断出在各种情况下RT约为64Ω。

八、应用信息

8.1 输入电压范围

在典型应用中，可将以地为参考的单端输入信号转换为差分输出信号，用于驱动高速流水线ADC。即使在单电源工作（VEE连接到GND）的情况下，该系列IC也允许输入信号低于地电平，具体低于地电平的程度取决于增益选项。可使用公式 (V{IN_CM} = (V{AMP} - V{OUT_CM}) / (G + 1)) 来确定输入共模范围，其中 (V{IN_CM}) 为输入共模电压，(V{AMP}) 为内部放大器输入节点的电压，(V{OUT_CM}) 为输出共模电压，G为器件增益。

8.2 输入电压噪声

电气特性表中报告的输入参考电压噪声规格包括放大器和所有内部电阻元件的噪声贡献。由于这些电阻元件会根据增益选择而变化，因此输入电压噪声规格也会因增益选项而异。

8.3 设置输出共模电压

通过VOCM输入引脚可设置差分输出共模电压，其范围从1.1V到VCC - 1.1V，使该系列放大器与大多数高速流水线差分输入ADC兼容。它可以轻松驱动3.3V和5V的ADC，当VCC为5V或更高时，还能驱动一些共模范围高于3V的流行ADC。VOCM的高带宽使放大器的输出能够从负载瞬态条件中快速恢复，例如在ADC的跟踪和保持阶段切换输入电容时可能出现的负载瞬态情况。

8.4 电源去耦和布局技术

作为高速器件，该系列IC对PCB环境较为敏感，要实现其卓越性能，需要注意高速PCB设计的细节：

• 接地平面：在PCB第二层设置连续的实心接地平面，尽量避免信号或电源走线。
• 电源去耦：单电源工作时，在VCC电源节点附近放置一个大电容，然后在VCC引脚附近放置一个小电容，对于1GHz去耦，可使用22pF至100pF的电容。使用分离电源时，在VEE电源上也放置相关电容。
• 接地过孔：在去耦电容附近放置接地过孔，为高频信号提供接地返回路径。在暴露焊盘的边缘和引脚附近也放置接地过孔，缩短返回路径并最大化隔离。在输入和输出信号走线旁边也放置过孔。
• 信号走线：信号走线应短而直接，避免寄生效应。对于高频设计，避免使用直角连接器，以免引入电容不连续性，限制频率响应。

九、推荐的流水线ADC

MAX9626/MAX9627/MAX9628系列具有出色的带宽和失真性能，与市场上大多数高速16位分辨率流水线ADC相匹配。特别推荐与MAX19586/MAX19588系列16位、100Msps流水线ADC配合使用。对于较低分辨率的应用，也可驱动10 - 14位的ADC，如MAX12553/MAX12554/MAX12555、MAX12527/MAX12528/MAX12529和MAX19505/MAX19506/MAX19507系列。

十、总结

MAX9626/MAX9627/MAX9628系列低噪声、低失真的1.35GHz全差分放大器具有丰富的特性和出色的性能，适用于多种应用领域。通过合理的设计和布局，能够充分发挥其优势，为电子系统提供高质量的信号放大。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，参考文档中的电气特性和典型工作特性，选择合适的增益选项、负载电阻、电源电压等参数，以实现最佳的性能表现。你在使用这类放大器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。