高速三通道2:1多路复用器AD8185的特性与应用

高速三通道2:1多路复用器AD8183/AD8185的特性与应用

在当今高速电子系统设计中，对于能够实现快速信号切换和处理的高性能多路复用器的需求日益增长。AD8183和AD8185作为Analog Devices公司推出的高速三通道2:1多路复用器，凭借其卓越的性能，在众多领域得到了广泛应用。下面我们就来详细了解一下这两款器件。

文件下载：AD8185.pdf

器件概述

AD8183（增益G = +1）和AD8185（增益G = +2）是高速三通道2:1多路复用器，专为在两个RGB（红、绿、蓝）视频源之间进行选择而优化。它们具有高达380 MHz的-3 dB信号带宽和1000 V/μs的压摆率，在10 MHz时通道间串扰和隔离优于 -90 dB，非常适合许多高速应用。

器件特性

高速性能

• 带宽：小信号时-3 dB带宽可达590/360 MHz（AD8183/AD8185），大信号（(V{OUT}=2V p - p)）时为380/320 MHz。在(V{OUT}=2V p - p)、(R_{L}=150 Omega)条件下，0.1 dB带宽为310/300 MHz。如此高的带宽使得它们能够处理高频信号，满足高速视频应用的需求。
• 压摆率：(V{OUT}=2V p - p)、(R{L}=150 Omega)时，AD8183压摆率为1000 V/μs，AD8185为1150 V/μs。高的压摆率意味着能够快速响应信号的变化，减少信号失真。
• 开关速度：通道间切换时间仅为15 ns，能够快速实现信号的切换，适用于对切换速度要求较高的场景。

低功耗

两款器件的功耗较低，在±5 V电源电压下，电流消耗小于25 mA。低功耗特性不仅可以降低系统的能耗，还能减少散热问题，提高系统的稳定性。

出色的视频规格

• 增益平坦度：在90 MHz范围内增益平坦度为0.1 dB，能够保证信号在较宽的频率范围内保持稳定的增益，减少信号的失真。
• 差分增益和相位误差：差分增益误差为0.01%，差分相位误差为0.02°，确保了视频信号的高质量传输。
• 串扰和隔离：全有害串扰在5 MHz时为 -84 dB，50 MHz时为 -54 dB；通道间串扰在100 MHz时为 -56 dB；“关断”隔离在10 MHz时为 -100 dB。低串扰和高隔离性能可以有效避免信号之间的干扰，提高系统的抗干扰能力。

其他特性

• 高阻抗输出禁用功能：可以将输出设置为高阻抗状态，便于连接多个器件，构建更大的输入阵列，同时最小化“关断”通道的输出负载。
• 低成本：在提供高性能的同时，具有较低的成本，为工程师在设计时提供了更具性价比的选择。

工作原理

AD8183和AD8185由三个独立的通道组成，每个通道包含两个输入跨导级和一个输出跨阻级。通过一个逻辑引脚（SELECT (overline{A} / B)）选择合适的输入跨导级，使三个输出同时切换输入连接。未使用的输入级通过“t - 开关”方案禁用，以提供“导通”和“关断”输入之间的出色串扰隔离。

跨导级（NPN差分对）将信号电流源输入到折叠共源共栅输出级。每个输出级包含一个补偿网络和发射极跟随器输出缓冲器。内部电压反馈设置增益，AD8183配置为单位增益跟随器，AD8185配置为具有反馈网络的增益为2的放大器。

应用场景

像素切换

在“画中画”应用中，需要快速切换不同的视频源，AD8183和AD8185的高速通道切换能力使其能够满足像素切换的需求，实现清晰、流畅的画面显示。

显示设备中的RGB切换

在LCD和等离子显示器中，用于切换RGB信号，确保不同颜色信号的准确传输，提高显示质量。

RGB视频切换器和路由器

在视频信号的切换和路由系统中，其高速性能和低串扰特性可以保证信号的稳定传输，避免信号干扰和失真。

设计考虑因素

驱动容性负载

当驱动大容性负载时，大多数放大器在脉冲响应中会出现峰值/振铃现象。为了最小化峰值并确保较大容性负载值时的稳定性，可以在输出和负载电容(C{L})之间添加一个小电阻(R{S})。

电源和布局

• 接地平面：设计时应从一个坚实的接地平面开始，将器件的所有GND引脚直接连接到该接地平面。
• 旁路电容：在每个电源引脚（(VCC)和(VEE)）与接地平面之间连接旁路电容。高频旁路建议使用0.01 μF的表面贴装芯片电容，并尽可能靠近IC；低频旁路则使用至少10 μF的钽电容，由于低频时寄生电感影响较小，这些电容不一定要非常靠近IC引脚。

串扰问题

虽然AD8183和AD8185本身具有出色的低串扰性能，但为了实现最佳的串扰性能，还需要注意以下设计细节：

• 引脚布局：器件的输入和输出引脚之间至少由一个电源引脚或接地引脚分隔，这种封装架构有助于减少串扰。
• 信号路由：在PCB板上，对于必须并行运行一定长度的信号，应使用屏蔽和隔离措施；如果信号必须交叉，应保持走线宽度较窄，并使信号以直角交叉，以最小化走线之间的电容。

4:1 RGB多路复用器设计

通过将两个AD8185组合，可以实现一个4:1 RGB多路复用器，用于在四个RGB源中选择一个来驱动显示器。每个RGB源连接到其中一个AD8185的三个“A”或“B”输入，所有R、G、B信号分别连接到“0”、“1”、“2”输入，并在靠近IC引脚处用标准75 Ω电阻接地。

每个AD8185的输出都有一个75 Ω的串联电阻，为显示器负载提供反向端接。通过两个控制位选择RGB信号的输入源，一个控制位用于每个器件的SEL (overline{A} / B)输入，另一个控制位用于两个器件的(overline{OE})输入。同时，为每个器件提供一个延迟电路，确保在启用另一个器件的输出之前禁用当前器件的输出，避免同时启用输出导致的干扰。

总结

AD8183和AD8185以其高速、低功耗、出色的视频规格和丰富的功能特性，为电子工程师在高速视频应用和信号切换设计中提供了一个优秀的解决方案。在实际设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理考虑驱动负载、电源布局和串扰等因素，以充分发挥这两款器件的性能优势。你在使用类似多路复用器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。