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(多图) 基于AD8351的大带宽多路差分模拟放大电路设计

张玉静 康乐峰 刘书明?? 2009年01月01日 ?? 收藏0

  1 概述

  AD8351是ADI公司推出的一款低功耗、大带宽差分放大器。它采用10引脚的MSOP封装,在宽泛范围内能具有良好的低噪声和失真特性。因此,AD8351是设计12位和14位采样系统的最佳选择。此外,AD8351还可实现信号的单端变差分。

  2 AD8351简介

  2.1 主要特性

  运算放大器AD835l的主要特性如下:

  •   电压增益为12 dB时,一3 dB的带宽为2.2 GHz;
  •   调整增益电阻,电压增益可调范围为0~26 dB;
  •   低功耗:28 mA@5 V;
  •   电源供电范围:3—5.5 V;
  •   输入共模电压范围:1.2~3.8 V。

  2.2 引脚描述

  AD8351的引脚描述如下:

  •   PWUP:提供一个大于等于1.3V,小于等于VPOS的正电压激活器件;
  •   RGPl、RGP2:增益电阻输入1和增益电阻输入2;
  •   INHI、INH0:差分输入端;
  •   COMM:器件共模,连接至地;
  •   0PLO、0PU:差分输出端,交流耦合时,偏置电压均为VDCM;
  •   VOPS:3~5.5 V的正供电电压;
  •   VOCM:设置输入输出端的共模电压,采用一只O.1μF电容接地。

  2.3 应用电路

  2.3.1 AD8351在差分电路中的应用

  在AD8351的输入为差分信号时,输入输出信号的关系如图1所示。

输入输出信号的关系

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  信号放大倍数,即差分增益,是由跨接在RGPl与RGP2引脚之间的增益电阻RC来调节,其调节的范围为O~26 dB。

  2.3.2 AD835l在单端变差分电路中的应用

  利用AD835l可以很容易地实现信号的单端变差分应用,如图2所示。

利用AD835l可以很容易地实现信号的单端变差分应用

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  单端的输入信号接至INHI上,未用的输入端INH0接地。在该情况下。为了输出平衡,应在OPL0和RGP2端连接反馈电阻RF。RG和RF的选择可参考图3和图4。图3中根据负载电阻RL和增益选择RG的阻值,图4中根据RC和RL的大小选择RF。

RG和RF的选择

点击看原图

  3 AD835l在多通道采样系统中的应用

  3.1 系统组成

  基于AD8351的多通道采样系统是针对一个4通道,采样速率为400 MS/s的模数转换电路而设计的,如图5所示。其中,采样部分由4个AD9445分时采样,以提高采样速率。AD9445是一款14位。转换速率为105/125 MS/s的模数转换器,每个AD9445的转换速率设置为100 MS/s,4通道分时采样为400 MS/s。这里输入信号是单端模拟正弦信号,其峰峰值为2 V,因此需用一个AD8351将单端信号变为差分信号,然后再接4个AD8351来驱动4个AD9445,从而向AD9445提供差分输入。

基于AD8351的多通道采样系统

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  3.2 设计中需考虑的问题

  3.2.1 带宽问题

  由于系统设计的输入信号带宽达到100±60 MHz,运算放大器的带宽约200 MHz,为了确保运算放大器在200 MHz内具有良好特性,其开环特性引起的误差应尽可能小,对放大器的增益带宽留有裕量。AD8351的频率与增益的关系曲线如图6所示。可见,AD8351的一3 dB带宽为2.2 GHz,因此,AD835l能满足系统要求。

AD8351的频率与增益的关系曲线

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  3.2.2 放大倍数

  输入信号经AD8351放大或衰减后,其电平与AD9445所需电平一致。这里输入信号的峰峰值为2 V,AD9445可支持峰峰值为2~4 V的输入,所以设置运放的放大倍数为1~2。根据图3和图4选择第一级AD835l的RC和RF阻值;根据文献计算第二级AD835l的RC阻值。需注意的是:AD9445的输入阻抗为l 000Ω,与220Ω的电阻并联,再与两只33Ω的电阻串联才是RL的阻值,见图5。调试结果,第一级AD835l的RC=750Ω,RF=510Ω;第二级AD8351的RC=621Ω,因此,系统设计可满足AD9445输入信号的电压要求。

  3.2.3 PCB设计

  电路设计最好要有一个模拟地和一个数字地,这样可以使放大器不受数字电路转换噪声的影响。需注意的是:所有其接I/0、地,及RC端的连接线都应尽可能地短,线宽设置5mil,其接地不要布局在器件的下层和信号线附近,如图7所示。

PCB设计

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  3.2.4 电阻和电容

  系统输入端和输出端的电阻用于减少反射,输出端的电阻还起到与A/D输入信号隔离的作用;电容主要起滤波的作用。

  4 结语

  设计模数转换系统时,运算放大器的选择和设计都非常重要,在此提供了一个400 MHz多通道采样系统中运算放大器的设计。经过实际测试,该系统稳定,可供其他硬件设计人员借鉴。


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AD8351? 放大电路? PCB设计?

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