LT1993-10：低失真、低噪声差分放大器/ADC驱动器的卓越之选

在电子设计领域，对于高质量、高性能的差分放大器和ADC驱动器的需求日益增长。今天我们就来深入了解一下ADI公司的LT1993 - 10，这是一款在DC至700MHz频率范围内表现出色的低失真、低噪声差分放大器/ADC驱动器。

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一、关键特性分析

1. 带宽与增益

• 带宽：拥有700MHz的 - 3dB带宽，能够满足许多高频应用的需求，确保信号在较宽的频率范围内都能得到良好的处理。
• 增益：固定增益为10V/V（20dB），并且该增益独立于负载电阻(R_{LOAD})，这为设计带来了很大的便利性，工程师无需过多考虑负载对增益的影响。

2. 失真与噪声性能

• 失真：在不同频率下都展现出了极低的失真特性。例如，在70MHz、(2V{p - p})输入时，OIP3可达40dBm，HD3为 - 70dBc；在10MHz、(2V{p - p})输入时，OIP3为50.5dBm，HD3为 - 91dBc。这样低的失真度能够有效保证信号的质量，减少干扰。
• 噪声：噪声系数低至12.7dB，输入参考噪声电压密度(e_{n}=1.9nV/sqrt{Hz})，可以在信号处理过程中最大程度地减少噪声的引入，提高系统的信噪比。

3. 输入输出特性

• 输入：采用差分输入方式，具有100Ω的差分输入阻抗，并且支持DC或AC耦合操作。输入可以是单端或差分信号，性能几乎无差异，同时还能独立设置输入的DC电平。
• 输出：有普通未滤波输出（+OUT和 - OUT）和内置175MHz差分低通滤波的输出（+OUTFILTERED和 - OUTFILTERED）可供选择。输出的共模电压可以通过(V_{OCM})引脚轻松设置，许多应用中无需输出变压器或AC耦合电容。

4. 其他特性

• 封装小巧：采用0.75mm高的16引脚3×3 QFN封装，节省了电路板空间，适合用于对空间要求较高的设计。
• 低功耗：在5V电源下工作，仅消耗100mA电流，并且具有使能引脚，当使能引脚为高电平时，器件处于禁用状态，此时仅消耗250µA电流，可有效降低功耗。

二、典型应用场景

1. 差分ADC驱动

LT1993 - 10专为与高速模数转换器（ADC）直接接口而设计。许多高速ADC具有差分输入，输入阻抗通常为1kΩ或更高，LT1993 - 10的未滤波和滤波输出都能轻松驱动这些高阻抗输入的差分ADC。若使用滤波输出，还可根据具体应用调整截止频率和滤波器类型。

2. 单端转差分

其内部拓扑结构使得在单端输入时的性能与差分输入时相当。当 + INA和 + INB引脚输入单端信号，而 - INA和 - INB引脚接地时，+ OUT和 - OUT引脚能实现差分输出，避免了传统拓扑中由共模放大器带来的性能限制。

3. 宽带应用

在需要使用LT1993 - 10全带宽的应用中，可使用未滤波输出引脚（+ OUT和 - OUT）。这些引脚输出阻抗低，增益不受输出负载影响。不过，直接在未滤波输出端放置超过5pF的电容会导致额外的峰值并降低性能。在直接驱动ADC时，建议在输出端与ADC输入端之间添加一个10Ω至25Ω的小串联电阻，以消除与ADC输入或LT1993 - 10输出的键合线电感相关的共振。

4. 滤波应用

为了提供抗混叠或改善信噪比，通常需要在输出端进行滤波。LT1993 - 10提供了一对额外的差分滤波输出（+ OUTFILTERED和 - OUTFILTERED），内置了一个 - 3dB带宽为175MHz的低通滤波器网络。用户还可以通过添加少量外部组件轻松修改滤波器的截止频率，实现低通、带通等不同类型的滤波。

三、设计要点与注意事项

1. 输入阻抗匹配

由于内部反馈网络的存在，LT1993 - 10的输入阻抗计算较为复杂。差分驱动时输入阻抗为100Ω，单端驱动时为85.9Ω。对于单端50Ω应用，可使用一个121Ω的并联匹配电阻接地来实现正确的输入端接；对于差分输入，若输入源为50Ω差分，可通过在输入端跨接一个100Ω的并联电阻或在每个输入端接地一个49.9Ω的并联电阻来实现输入匹配。

2. 输出滤波调整

• 增加带宽：若要增加滤波器的截止频率，可在 + OUT和 + OUTFILTERED之间以及 - OUT和 - OUTFILTERED之间各添加一个相等阻值的电阻。例如，添加两个25Ω的外部电阻可将滤波器带宽翻倍。
• 减小带宽：要减小滤波器带宽，可从 + OUTFILTERED和 - OUTFILTERED分别接地添加两个外部电容，或者在两个滤波输出端之间添加一个差分电容。例如，添加两个36pF的电容（每个滤波输出端接地一个）或一个18pF的差分电容可将滤波器带宽减半。
• 带通滤波：通过在 + OUTFILTERED和 - OUTFILTERED之间差分添加一个120pF的电容和一个39nH的电感，可实现一个中心频率为71MHz、 - 3dB点为55MHz和87MHz、插入损耗为1.6dB的带通滤波器。

3. 输出共模电压调整

输出共模电压由(V{OCM})引脚设置，该引脚是一个高阻抗输入，可将输出共模电压设置在1.1V至3.6V的范围内。为获得最佳失真性能，(V{OCM})引脚的电压应在1.8V至2.6V之间。在与大多数ADC接口时，需根据ADC的情况进行相应的连接和处理。例如，对于5V的ADC，可将其(V{OCM})输出引脚直接连接到LT1993 - 10的(V{OCM})引脚，并添加一个0.1µF的电容；对于3V的ADC，可通过电阻分压器将其(V_{CM})参考电压提升至至少1.8V，以改善无杂散动态范围（SFDR）和失真性能。

4. 输入偏置

输入引脚内部偏置到(V{OCM})引脚的电压，即使在AC耦合操作时也无需外部偏置电阻。输入偏置电流由输入共模电压与(V{OCM})引脚电压之间的差值决定，差值会在100Ω电阻上产生输入偏置电流。

四、总结

LT1993 - 10是一款性能卓越的差分放大器/ADC驱动器，具有宽带宽、低失真、低噪声等优点，并且在输入输出特性、滤波功能、共模电压调整等方面都为工程师提供了很大的设计灵活性。无论是在通信、成像还是其他需要高性能信号处理的领域，LT1993 - 10都能成为一个不错的选择。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理利用其各项特性，并注意输入阻抗匹配、滤波调整、共模电压设置等设计要点，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呢？欢迎在评论区分享交流。