深度学习与企业知识管理：角色解析AI大模型
06-18
高速转换系统，尤其是电信领域的高速转换系统，允许模数转换器（ADC）输入信号成为交流耦合信号（通过利用变压器、电容器，或两者的组合）。
但对于测试测量行业来说，前端设计就没那么简单了，因为除了提供交流耦合能力外，这一应用领域通常还要求输入信号进行直流耦合。
设计一个提供良好脉冲响应和低失真性能（直流频率 ≥ MHz）的有源前端具有挑战性。
本文提供了适用于高速数据采集的高性能 ADC 中使用的模拟前端的几种设计思路和建议。
图 1：LMH 频率响应。
使用差分放大器是将高频模拟信号连接到 ADC 输入的首选方法。
因此，首先选择的器件是差分输出运放。
选择此类器件时有两个主要考虑因素：增益带宽积以及通过外部电压设置运算放大器共模输出电压的能力。
这是因为驱动 ADC 输入的信号放大器将共模输出电压 (VCMO) 设置在最佳 ADC 范围内非常重要。
如果不满足这些条件，随着放大器的 VCMO 与 ADC 最佳输入共模电压之间的差异增大，ADC 的性能将显着下降。
图2：次级放大器电路图。
宽带差分运算放大器的主要缺点是它们的增益通常是有限的，并且它们的增益水平可以在内部预设。
根据应用的不同，可能需要在设计中添加前置放大器以满足必要的增益要求。
对于前置放大器，应使用宽带运放以满足ADC的预期输入频率。
对于采样率高达 1GSPS 的系统，这相当于需要输入带宽高达 MHz 的过采样系统。
对于工作在大增益（如AV=10）下并能保持如此大带宽的运放来说，这相当于5GHz的增益带宽积（GBW）。
由于该架构固有的频率响应和增益之间的直接权衡，大多数电压反馈放大器无法满足此要求。
然而，电流反馈放大器在这些参数之间保持了更好的关系，因为它们的性能通常由运算放大器电路内的反馈电阻器的值决定。
运算放大器 LMH 非常适合在增益设置为 1 至 10 的高带宽下运行。
该器件可与选定的差分放大器一起使用，以满足高带宽系统（例如示波器和数据采集卡）的额外增益要求。
该放大器的频率响应如图 1 所示。
图 3：具有扩展交流信号性能的系统频率响应。
如果增益设置为10且带宽为MHz，则建议的反馈电阻（RF1）以欧姆为单位，可从图1中获得。
因此RG1（增益电阻）可以选择为33欧姆。
图 2 是使用带有差分放大器的 LMH 的电路示例。
除了需要具有合适直流信号路径的固定增益电平系统外，该应用还需要交流耦合模式。
这是因为直流信号路径通常受到输入放大器产生的增益带宽的限制。
对于需要宽输入带宽和低失真的数据采集设备或通信通道，我们需要使用交流信号通道。
这将输入频率限制扩展到直流信号通道容量之外。
解决方案有很多种，选择哪种方法很大程度上取决于最低输入频率和所需的高频性能。
为了在高频 (≥ MHz) 下获得最高交流性能，巴伦提供了单端到差分转换的解决方案，因为几乎不需要增加信号失真。
缺点是巴伦是有损器件，会轻微衰减信号（-1~2dB），并且低频性能较差。
通过使用单极射频继电器将平衡/不平衡耦合信号路径插入到图3所示的电路中，将单端输出信号从前置放大器切换到差分放大器或平衡/不平衡转换电路。
还需要另一个 SPDT RF 继电器将巴伦变压器和差分放大器的输出转发到 ADC 输入。
图 4：由高速差分输出运算放大器发送并由 ADC08D 以 MSPS 采样的 MHz 正弦波的 FFT 图。
该电路非常适合高端测试和测量设备。
然而，对于成本敏感的应用，射频信号继电器的成本会给系统预算带来负担，特别是在需要多个通道的情况下。
因此，对于低速系统来说，选择可用于交流耦合和直流耦合模式的差分输出运算放大器将是有利的，从而消除对平衡/不平衡转换电路的需要。
专门适合该任务的放大器开始出现，逐渐提高了带宽和 THD 方面的性能。
对于8位1GSPS转换器来说，最小带宽为1GHz、能够在MHz下提供-50dB THD值的差分放大器非常合适。
通过利用现成的运算放大器组件，可以从高速 ADC 获得更好的动态性能，从而显着缩短前端设计时间。
在频率上限时，放大器引起的SINAD损耗不超过3~4dB。
图 4 显示了由宽带差分输出放大器缓冲并由 8 位 ADC 以 MSPS 采样的 MHz 输入信号的 FFT。
该图显示，放大器在此频率下具有非常低的二阶和三阶谐波失真，使得 ADC 捕获的信号具有与从专用交流耦合信号路径获得的性能相当的噪声和失真值。
本文摘要 放大器性能不断改进，以增加带宽并降低THD。
随着 ADC 进入 GSPS 范围，我们需要能够与这些转换器连接的放大器。
消除电路通道不仅可以在不牺牲系统性能的情况下降低系统成本，使设计人员能够以更低的成本实现更高的性能，同时减少前端电路设计时间。
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