ADC驱动器的理想之选:低噪声全差分运放SC7516

ADC驱动器的理想之选:低噪声全差分运放SC7516
2024年10月15日 10:37 电子产品世界

芯炽科技 SC7516 全差分运放,具有低噪声、高带宽、高压摆率以及输出轨至轨的特点,主要应用于 ADC 驱动器,单端/差分转换,中频和基带增益模块、差分缓冲器以及线路驱动器等场合。

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SC7516 全差分运放还具有输出共模可调、全差分互补输出等特点。相对于一般的通用运放来说,全差分运放结构主要有以下三个优点:

1. 抑制共模干扰

2. 抑制偶次谐波,提供更好的线性度

3. 增加了动态范围

如今的许多系统均采用了精密差分输入 ADC,因为它们可以提供更出色的共模噪声抑制以及更高的 SNR,但由于传感器或射频端的输出信号大部分都是单端信号,为了驱动差分输入 ADC,输入前端都会设计单端转差分电路。常见的单端转差分电路有以下几种:

01抽头变压器或巴伦单端转差分

抽头变压器或巴伦均为无源器件,它们的本质都是通过电感线圈的相互耦合来进行信号的转换,这种结构决定了它们本身会在信号转换过程中产生一定的损耗。而且它们也并不适用于低频信号,因为在低频时巴伦的耦合特性也会相对减弱,这样会导致转换输出的信号失真较为严重。大多数抽头变压器或巴伦在频率低于 1MHz 时性能会急剧变差。

        需要注意无论是抽头变压器还是巴伦均是采用 AC 耦合的方式,它们都会滤掉相应的直流即 DC 分量,这对于关注信号直流参数的应用是无法使用的。而且由于抽头变压器或巴伦均无法提供驱动能力,因此后端的输入阻抗可能会影响信号的最终幅度。

02 全差分运放单端转差分

全差分运放是一种有源电路,它的特点就是全对称匹配,即正负两侧输入阻抗完全一致(阻抗包括源阻抗),反馈的电阻配置也完全一致。这样无论设置为多大的增益,两边都是各自承担一半,实现全差分输出。全差分运放的结构原理决定了其可以进行 DC 耦合的方式,保留信号的直流分量且转化为差分信号给到 ADC 进行采样。因此,对于红外、激光等脉冲信号调制应用,全差分运放相对于抽头变压器或巴伦更具优势。

 SC7516 + SC2245 为例:

已知 ADC SC2245 的供电电压范围 2.7V ~ 3.4V,Vref = 1V,输入的最大动态范围为 2Vpp。假设输入源是 ±200mV 的信号,使用 SC7516,共模输出引脚 Vocm 等于 ADC 的参考电压 Vref = 1V,Gain = 5,使得输出端的同相和反相都有 0.5 ~ 1.5V 输出,此时差分电压范围为 2Vpp ,从而满足 SC2245 的输入电压要求。

但是如果使用两颗通用运放来实现差分输出,需要输出端各自有 Vshift = 1V 的偏置电压, 假设 ±200mV 的输入信号,Gain = 2.5,得到 ±500mV 输出。因为同相增益 Gain = 1 + Rf / Rg = 3.5,这就需要在第一级运放的同相输入端产生 1 / 3.5 = 285.7mV 的电压。如下所示,可以看到结果和 SC7516 是一致的,但是设计上不如直接使用一颗全差分运放方便。

除此之外,SC7516 还具有高压高带宽的特性:供电电压能达到双电源 ±5V,单电源 10V,输出电压的摆幅接近电源轨为 9.7VPP,-3dB 带宽为 315MHz。因此除了和 SC2245 搭配使用,它还可以在较高频率条件下驱动其他 10 位至 16 位转换器。SC7516 高带宽的特性使它在很宽的频率范围内保持高平坦度,因此也适合用作中频及基带信号链中的增益模块;而共模反馈环路强制输出共模电压中的信号分量归零,使其得到近乎完美的差分输出:幅度完全相等,相位相差 180°,可以说 SC7516 是 ADC 驱动器的理想之选。

巴伦
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