精密、可选增益、 全差分漏斗放大器 AD8475 特性 功能框图 13 –VS 差分输出设计用于驱动精密ADC 14 –VS 完全差分或单端输入/输出 15 –VS 16 +IN 0.4x 精密衰减：G = 0.4、G = 0.8 驱动开关电容和Σ-Δ型ADC 轨到轨输出 1kΩ +IN 0.4x 1 1.25kΩ VOCM引脚调整输出共模电压 12 NC 1.25kΩ +IN 0.8x 2 高达±15 V的过压保护(VS = +5 V) 单电源供电：3 V至10 V –IN 0.8x 3 双电源供电：±1.5 V至±5 V –IN 0.4x 4 11 –OUT AD8475 1.25kΩ 10 +OUT 1.25kΩ 1kΩ 9 VOCM 高性能 图1. 16引脚LFCSP封装 09432-001 +VS 7 –OUT 6 NC 7 V单电源供电时，其功耗 仅16 mW。 1kΩ +OUT 5 及输入过压保护等功能。采用5 1.25kΩ VOCM 4 提供精密衰减(0.4或0.8倍)、共模电平转换、单端差分转换 AD8475 +VS 3 AD8475是一款全差分衰减放大器，集成精密增益电阻，可 –IN 0.8x 1 概述 1.25kΩ 1.25kΩ –IN 0.4x 2 单端转差分转换器 NC = NO CONNECT AD8475是一种易于使用、完全集成的精密增益模块，采用 单电源供电时，可以处理最高±10 V的信号电平。它提供 一个完整的接口，使工业电平信号能够直接兼容低压、高 性能16位或18位单电源逐次逼近(SAR)型模数转换器(ADC) 的差分输入范围。 AD8475提供两个引脚可选的标准增益选项：0.4和0.8。增 益通过驱动与相应增益对应的输入引脚来设置。 AD8475还提供过压保护功能，在采用5 V单电源供电的同 V的工业输入电压。VOCM引 脚用于调整精密电平转换的输出共模电压，以便匹配ADC 的输入范围，并使动态范围最大。 Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. 09432-002 1.25kΩ 差分仪表放大器构建模块 Rev. B –VS 1kΩ ADC驱动器 时，器件能够耐受最高±15 8 应用 +IN 0.4x 低功耗：3.2 mA工作电流 9 NC = NO CONNECT 10 +IN 0.8x 压摆率：50 V/μs +VS 8 输出失调电压：500 µV（最大值） 输出噪声：10nV/√Hz +VS 6 增益漂移：3 ppm/°C –IN 0.4x 5 适合驱动18位、最高4 MSPS的转换器 图2. 10引脚MSOP封装 AD8475非常适合与SAR型、Σ-Δ型和流水线型转换器一起 工作。高电流输出级使它能以极小的误差驱动许多ADC的 开关电容前端电路。 不同于市面上的许多差分放大器，AD8475是一款高精度放 大器。其最大输出失调电压为500 μV，输出噪声为10 nV/√ Hz，总谐波失真加噪声(THD + N)为−112 dB，能够很好地 配合高精度转换器工作。考虑到其低功耗和高精度特性， 压摆增强的AD8475具有出色的速度，能够建立至18位精度 进行4 MSPS采集。 AD8475提供节省空间的16引脚3 mm × 3 mm LFCSP封装和 10引脚MSOP封装，额定温度范围为−40°C至+85°C。 One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2010–2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD8475 目录 特性.....................................................................................................1 电路信息 .....................................................................................17 应用.....................................................................................................1 直流精度 .....................................................................................17 概述.....................................................................................................1 输入电压范围.............................................................................18 功能框图 ............................................................................................1 驱动AD8475 ...............................................................................18 修订历史 ............................................................................................2 技术规格 ............................................................................................3 电源 ..............................................................................................18 应用信息 ..........................................................................................19 绝对最大额定值...............................................................................5 典型配置 .....................................................................................19 热阻 ................................................................................................5 单端转差分 .................................................................................19 ESD警告 ........................................................................................5 设置输出共模电压....................................................................19 引脚配置和功能描述 ......................................................................6 高性能ADC驱动........................................................................20 典型工作特性 ...................................................................................8 AD8475评估板 ...........................................................................22 术语...................................................................................................16 外形尺寸 ..........................................................................................23 工作原理 ..........................................................................................17 订购指南 ..........................................................................................24 概述 ..............................................................................................17 修订历史 2011年1月—修订版0至修订版A 增加16引脚LFCSP封装............................................................ 通篇 更改表1和注释3 ...............................................................................3 更改表2 ..............................................................................................5 增加图3和表4；重新排序 .............................................................6 更改典型工作特性部分的格式 ....................................................8 增加AD8475评估板部分和图56 .................................................22 2010年10月—修订版0：初始版 Rev. B | Page 2 of 24 AD8475 技术规格 除非另有说明，VS = 5 V、G = 0.4、VOCM连接到2.5 V电压、RL = 1 kΩ差分、TA = 25°C、折合到输出端(RTO)。 表1 参数 测试条件/注释 典型值 动态性能 -3 dB小信号带宽 HD2 HD3 IMD3 IMD3 输出电压噪声 频谱噪声密度 增益 增益误差 增益漂移 增益非线性度 失调和CMRR 失调2 对温度 对电源电压 共模抑制比 输入特性 输入电压范围3 阻抗4 单端输入 差分输入 共模输入 单位 MHz 15 MHz 2 V阶跃 2 V输出阶跃 2 V输出阶跃 50 45 50 V/µs ns ns f = 100 kHz, VOUT = 4 V p-p, 22 kHz band-pass filter f = 1 MHz, VOUT = 2 V p-p f = 1 MHz, VOUT = 2 V p-p f1 = 0.95 MHz, f2 = 1.05 MHz, VOUT = 2 V p-p f1 = 95 kHz, f2 = 105 kHz, VOUT = 2 V p-p f = 0.1 Hz to 10 Hz f = 1 kHz −112 dB −110 −96 −90 dB dB dBc −84 dBc 2.5 10 0.4 µV p-p nV/√Hz V/V % ppm/°C ppm RL = ∞ −40°C ≤ TA ≤ +85°C VOUT = 4 V p-p RTO −40°C ≤ TA ≤ +85°C VS = ±2.5 V to ±5 V VINcm = ±5 V 1 2.5 50 2.5 0.05 3 500 µV µV/°C dB dB +6.25 +12.5 V V 90 76 −6.25 −12.5 差分输入 单端输入 VIN, cm = VS/2 2.92 5 1.75 输出特性 输出摆幅 输出平衡误差 输出阻抗 容性负载 短路电流限值 最大值 150 -3 dB大信号带宽 压摆率 0.01%建立时间 0.001%建立时间 噪声/失真1 THD + N A级 典型值 −VS + 0.05 −80 ∆VOUT,cm/∆VOUT,dm kΩ kΩ kΩ +VS − 0.05 dB Ω pF mA 0.1 30 110 每路输出 VOCM特性 VOCM输入电压范围 VOCM输入阻抗 VOCM增益误差 −VS + 1 +VS 100 0.02 Rev. B | Page 3 of 24 V kΩ % AD8475 参数 电源 额定电压 工作电压范围 电源电流 全温度范围 测试条件/注释 典型值 2 3 4 最大值 单位 10 3.2 4 V V mA mA +85 +125 °C °C 5 3 3 −40°C ≤ TA ≤ +85°C 温度范围 额定性能范围 工作范围 1 A级 典型值 −40 −40 包括放大器电压和电流噪声以及内部电阻的噪声。 包括输入偏置和失调电流误差。 输入电压范围取决于电源和ESD二极管。 内部电阻经激光微调以匹配比率并具有±20%的绝对精度。 Rev. B | Page 4 of 24 AD8475 绝对最大额定值 热阻 表2 参数 额定值 电源电压 任何输入引脚端的最大电压 任何输入引脚端的最小电压 存储温度范围 额定温度范围 工作温度范围 结温 ESD(FICDM) ESD(HBM) 11 V +VS + 10.5 V −VS − 16 V −65°C至+150°C −40°C至+85°C −40°C至+125°C 150°C 1500 V 2000 V θJA针对最差条件，即器件焊接在电路板上以实现表贴封 装。 表3. 热阻 封装类型 16引脚LFCSP(裸露焊盘) 10引脚MSOP θJA 84.90 214.0 单位 °C/W °C/W ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 Rev. B | Page 5 of 24 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。 尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能 量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的 ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 AD8475 13 –VS 15 –VS 14 –VS 16 +IN 0.4x 引脚配置和功能描述 +IN 0.4x 1 12 NC +IN 0.8x 2 AD8475 11 –OUT –IN 0.8x 3 TOP VIEW (Not to Scale 10 +OUT –IN 0.4x 4 NOTES 1. NC = NO CONNECT. 2. SOLDER THE EXPOSED PADDLE ON THE BACK OF THE PACKAGE TO A GROUND PLANE. 图3. 16引脚LFCSP的引脚配置 表4. 16引脚LFCSP引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 引脚名称 +IN 0.4x +IN 0.8x −IN 0.8x −IN 0.4x −IN 0.4x +VS +VS +VS VOCM +OUT −OUT NC −VS −VS −VS +IN 0.4x EPAD 描述 衰减0.4的正输入。 衰减0.8的正输入。 衰减0.8的负输入。 衰减0.4的负输入。 衰减0.4的负输入。 正电源。 正电源。 正电源。 输出共模调整。 正输出。 负输出。 不连接。 负电源。 负电源。 负电源。 衰减0.4的正输入。 将封装背面的裸露焊盘焊接到接地层。 Rev. B | Page 6 of 24 09432-003 +VS 8 +VS 6 +VS 7 –IN 0.4x 5 9 VOCM AD8475 –IN 0.4x 2 10 +IN 0.8x 9 +IN 0.4x 8 –VS VOCM 4 7 NC +OUT 5 6 –OUT +VS 3 AD8475 TOP VIEW (Not to Scale NC = NO CONNECT 图4. 10引脚MSOP引脚配置 图5. 10引脚MSOP引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 引脚名称 −IN 0.8x −IN 0.4x +VS VOCM +OUT −OUT NC −VS +IN 0.4x +IN 0.8x 描述 衰减0.8的负输入 衰减0.4的负输入 正电源 输出共模调整 同相输出 反相输出 不连接 负电源 衰减0.4的正输入 衰减0.8的正输入 Rev. B | Page 7 of 24 09432-004 –IN 0.8x 1 AD8475 典型工作特性 除非另有说明，TA = 25°C、VS = 5 V、增益 = 0.4、RLOAD = 1 kΩ、RTO。 10 REPRESENTATIVE SAMPLES 800 G = 0.8 400 VOSO (µV) COMMON-MODE VOLTAGE (V) 600 200 G = 0.4 0 –200 –400 –600 –4.97V, +7.75V –800 4 –2.97V, +3.25V +4.95V, +7.75V 0V, +3.25V +2.95V, +3.25V 2 0 VS = +3V, VOCM = +1.5V –2 –4 0V, –3.75V –2.97V, –3.75V 0 20 40 60 80 100 120 0V, –6.25V –4.97V, –6.25V –8 –5.5 –4.5 –3.5 –2.5 –1.5 –0.5 0.5 09432-006 –20 TEMPERATURE (°C) +2.95V, –3.75V +4.95V, –6.25V 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 OUTPUT VOLTAGE (V) 图8. 输入共模电压与输出电压的关系，VS = +5 V和+3 V 图5. 系统失调与温度的关系 150 REPRESENTATIVE SAMPLES 4 VIN = ±5V REPRESENTATIVE SAMPLES 100 3 GAIN ERROR (µV/V) 2 CMRR (µV/V) 0V, +7.75V 6 –6 –1000 –40 5 VS = +5V, VOCM = +2.5V 8 09432-008 1000 1 0 –1 –2 –3 50 0 –50 –100 –20 0 20 40 60 80 100 120 TEMPERATURE (°C) –150 –40 09432-005 –5 –40 20 40 60 80 100 120 图9. 增益误差与温度的关系，VS = ±5 V 130 65 125 SHORT-CIRCUIT CURRENT (mA) 60 55 50 FALL 40 30 –40 RISE 120 115 110 105 100 95 90 85 –20 0 20 40 60 80 TEMPERATURE (°C) 100 120 80 –40 –20 0 20 40 60 80 TEMPERATURE (°C) 图10. 短路电流与温度的关系 图7. 压摆率与温度的关系 Rev. B | Page 8 of 24 100 120 09432-016 35 09432-015 SLEW RATE (V/µs) 0 TEMPERATURE (°C) 图6. CMRR与温度的关系(G = 0.8) 45 –20 09432-100 –4 –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C 10k 100k 1M RLOAD (Ω) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 –VS 10µA 1mA 10mA 100mA OUTPUT CURRENT (A) 图14. 输出电压摆幅与输出电流及温度的关系， VS = ±5 V和+5 V 图11. 输出电压摆幅与RLOAD 及温度的关系， VS = ±5 V和+5 V 10 MAXIMUM OUTPUT VOLTAGE ( V p-p) 0.8 × VIN 09432-051 2V/DIV VOUT 100µs/DIV 100µA 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 100 1k 10k 100k 1M 09432-012 1k –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C 10M FREQUENCY (Hz) 图15. 最大输出电压与频率的关系 100 –30 90 G = 0.8 –40 80 G = 0.4 –50 70 CMRR (dB) –20 –60 –70 60 50 –80 40 –90 30 –100 100k 1M FREQUENCY (Hz) 10M 09432-011 PSRR (dB) 图12. 过驱恢复 图13. 电源抑制比(PSRR)与频率的关系 20 1k 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 图16. CMRR与频率的关系(G = 0.8) Rev. B | Page 9 of 24 100M 09432-216 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 –VS 100 +VS 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 09432-014 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES +VS 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 09432-013 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES AD8475 AD8475 0 –1.94 G = 0.8 0 –1.94 G = 0.4 –20 GAIN (dB) GAIN (dB) –7.96 –10 –30 G = 0.8 –7.96 –10 G = 0.4 –20 10k 100k 1M 10M 100M 1G FREQUENCY (Hz) –30 1k 09432-017 –50 1k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 图17. 各种增益下的小信号频率响应，VS = ±5 V 0 10k 09432-019 –40 图20. 各种增益下的大信号频率响应，VS = ±5 V 0 VS = ±5V VS = +3V VS = +5V –7.96 –10 VS = ±5V VS = +3V VS = +5V –7.96 GAIN (dB) GAIN (dB) –10 –20 –20 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) –30 1k –10 –20 –20 GAIN (dB) –10 –30 10M 100M FREQUENCY (Hz) 10M 100M –30 –40 RL = 200Ω RL = 1kΩ RL = 10kΩ 09432-022 GAIN (dB) 0 1M 1M 图21. 不同电源下的大信号频率响应 0 –50 100k 100k FREQUENCY (Hz) 图18. 不同电源下的小信号频率响应 –40 10k 图19. 不同负载下的小信号频率响应 –50 100k RL = 200Ω RL = 1kΩ RL = 10kΩ 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 图22. 不同负载下的大信号频率响应 Rev. B | Page 10 of 24 09432-024 10k 09432-018 –40 1k 09432-020 –30 AD8475 0 0 CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF –7.96 –10 CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF –7.96 GAIN (dB) GAIN (dB) –10 –20 –20 10k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) –30 1k 09432-025 –40 1k 10k 图23. 不同容性负载下的小信号频率响应 0 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 09432-027 –30 图26. 不同容性负载下的大信号频率响应 0 VOCM = 1V VOCM = 2.5V VOCM = 4V VOCM = 1.5V VOCM = 2.5V VOCM = 3.5V –10 GAIN (dB) GAIN (dB) –10 –20 –20 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) –30 1k 09432-026 10k 10 VOUT = 100mV p-p VOCM = 2.5V VOCM GAIN (dB) –5 –10 100M VOUT = 2V p-p VOCM = 2.5V –10 –20 –30 –15 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 10M 09432-056 VOCM GAIN (dB) 10M 0 0 –2 1k 1M 图27. 不同VOCM电平下的大信号频率响应 图24. 不同VOCM电平下的小信号频率响应 5 100k FREQUENCY (Hz) 图25. VOCM小信号频率响应 –40 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图28. VOCM大信号频率响应 Rev. B | Page 11 of 24 10M 09432-055 –40 10k 09432-028 –30 AD8475 VOUT = 2V p-p 20ns/DIV 图29. 小信号脉冲响应，VS = ±2.5 V 09432-033 10ns/DIV 09432-029 20mV/DIV 500mV/DIV VOUT = 100mV p-p 图32. 大信号脉冲响应，VS = ±2.5 V CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF 20ns/DIV 图30. 不同容性负载下的小信号阶跃响应，VS = ±2.5 V 09432-035 10ns/DIV 09432-031 20mV/DIV 500mV/DIV CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF 图33. 不同容性负载下的大信号阶跃响应 RL = 200 RL = 1k RL = 10k 20ns/DIV 图34. 不同阻性负载下的大信号阶跃响应 图31. 不同阻性负载下的小信号阶跃响应 Rev. B | Page 12 of 24 09432-034 10ns/DIV 09432-030 20mV/DIV 500mV/DIV RL = 200 RL = 1k RL = 10k 500ns/DIV 图35. VOCM小信号阶跃响应，VS = ±2.5 V –20 –60 –80 –100 –120 –140 0.1 1 10 FREQUENCY (MHz) VOUT = 2V p-p HD2, VS = +5V HD3, VS = +5V –40 HD2, VS = ±5V HD3, VS = ±5V –60 –80 –100 –120 –140 0.1 图36. 不同增益下谐波失真与频率的关系 HARMONIC DISTORTION (dBc) –60 –80 –100 –120 FREQUENCY (MHz) 10 09432-040 HARMONIC DISTORTION (dBc) –20 VOUT = 2V p-p HD2, RL = 1kΩ HD3, RL = 1kΩ –40 HD2, RL = 200Ω HD3, RL = 200Ω 1 10 图39. 不同电源下谐波失真与频率的关系 –20 –140 0.1 1 FREQUENCY (MHz) 09432-042 = 0.4 = 0.4 = 0.8 = 0.8 –40 HD2, HD3, HD2, HD3, VOUT = 2V p-p VOUT = 2V p-p VOUT = 4V p-p VOUT = 4V p-p –60 –80 –100 –120 –140 0.1 1 FREQUENCY (MHz) 图40. 不同VOUT,dm 下谐波失真与频率的关系 图37. 不同负载下谐波失真与频率的关系 Rev. B | Page 13 of 24 10 09432-046 G G G G HARMONIC DISTORTION (dBc) –40 HD2, HD3, HD2, HD3, 图38. VOCM大信号阶跃响应 09432-043 HARMONIC DISTORTION (dBc) –20 09432-036 50ns/DIV 09432-032 20mV/DIV 500mV/DIV AD8475 AD8475 –20 SPURIOUS-FREE DYANMIC RANGE (dBc) HARMONIC DISTORTION (dBc) f = 100kHz HD2, +5V SUPPLY HD3, +5V SUPPLY –40 HD2, ±5V SUPPLY HD3, ±5V SUPPLY –60 –80 –100 –140 0 8 09432-047 –120 9 7 VOUT (V p-p) 6 VOUT = 2V p-p RL = 1k RL = 200 –40 –60 –80 –100 –120 –140 4 0.1 5 3 2 1 1 10 FREQUENCY (MHz) 图41. 不同电源下谐波失真与VOUT 的关系 09432-049 –20 图44. 不同负载下无杂散动态范围与频率的关系 100 10 0 NORMALIZED SPECTRUM (dBc) –10 OUTPUT IMPEDANCE ( ) –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 10 1 0.1 –90 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 FREQUENCY (kHz) 0.01 10k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 图42. 100 kHz交调失真 图45. 输出阻抗与频率的关系 100 90 70 500nV/DIV 60 50 40 30 20 0 1 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 1s/DIV 图46. 0.1 Hz至10 Hz电压噪声 图43. 电压噪声密度与频率的关系 Rev. B | Page 14 of 24 09432-039 10 09432-243 VOLTAGE NOISE (nV/ Hz) 80 09432-052 –110 75 09432-054 –100 AD8475 –30 –50 –60 –70 –80 –90 –100 1M 10M FREQUENCY (Hz) 100M 09432-050 OUTPUT BALANCE ERROR (dB) –40 图47. 输出平衡误差与频率的关系 Rev. B | Page 15 of 24 AD8475 术语 共模电压 共模电压指相对于局部接地基准电压的两个节点电压的平 均值。输出共模电压定义为 1kΩ 1.25kΩ AD8475 VOCM –IN –OUT RL, dm VOUT, dm VOUT, cm = (V+OUT + V−OUT)/2 +OUT 1.25kΩ 1kΩ 平衡 09432-162 +IN 图48. 信号和电路定义 差分电压 差分电压指两个节点电压之差。例如，输出差分电压(亦称 输出差模电压)定义为： 输出平衡用于衡量输出差分信号幅度相等、相位相反的程 度。确定输出平衡的最简单方法是在差分电压节点之间放 置匹配良好的电阻分压器，并将分压器中点的信号幅度与 差分信号的幅度进行比较。根据这种定义，输出平衡等于 输出共模电压的幅度除以输出差模电压的幅度： VOUT, dm = (V+OUT − V−OUT) Output Balance Error = 其中，V+OUT和V−OUT分别指+OUT引脚和–OUT引脚相对于 同一接地基准的电压。类似地，差分输入电压定义为： VIN, dm = (V+IN − (V−IN)) Rev. B | Page 16 of 24 ∆VOUT , cm ∆VOUT , dm AD8475 工作原理 直流精度 概述 AD8475是一款全差分放大器，集成激光调整电阻，可提供 0.4和0.8的精密衰减增益。AD8475的内部差分放大器与传 统运算放大器不同，它的两个输出电压幅度相等，但移动 方向相反(180°相位差)。附加输入端VOCM设置输出共模 电压。与运算放大器一样，它通过高开环增益和负反馈迫 使输出节点达到所需的电压。AD8475的设计能够大大简化 大信号的单端至差分转换、共模电平转换和精密衰减处 理，因而与低压差分输入ADC兼容。 +IN 0.8x +IN 0.4x 1.25kΩ –VS NC AD8475的直流精度高度依赖于内部电阻的精度。使用叠加 原理分析图50所示的电路，下列方程式显示了放大器输入 和输出电压的关系： 其中： –OUT 1kΩ 1.25kΩ AD8475 1.25kΩ –IN 0.8x –IN 0.4x +VS 放大器的差分闭环增益为： 1kΩ VOCM +OUT 09432-062 1.25kΩ 图49. 功能框图 放大器的共模抑制比为： 电路信息 AD8475放大器采用电压反馈拓扑结构，因此，放大器具有 恒定的标称增益带宽积。与电压反馈型运算放大器一样， AD8475也具有高输入阻抗(在内部输入端，即内部放大器 的求和节点)和低输出阻抗。 AD8475使用两个反馈环路，分别控制差分和共模输出电 压。差分反馈环路通过精密激光调整片内电阻而固定，用 于控制差分输出电压。 以 上 方 程 式 显 示 ， AD8475的 增 益 精 度 和 共 模 抑 制 比 (CMRR)主要由反馈网络的匹配度(电阻比)决定。如果两个 网络完全匹配，即RP和RN等于RF/RG，则电阻网络不会 产生任何CMRR误差，放大器的差分闭环增益降至： 输出共模电压(VOCM) 内部共模反馈控制共模输出电压。这种架构有利于将输出 共模电平设置为独立于输入电压的任意值。内部共模反馈 环路迫使输出共模电压等于VOCM输入端的电压。VOCM 引脚可以不连接，输出共模电压通过内部反馈控制自偏置 到中间电源电压。 图50. 给定增益下AD8475的功能电路图 由于存在内部共模反馈环路，并且放大器采用全差分拓扑 结构，因此AD8475的输出能够在宽频率范围内保持精确平 衡。这意味着，放大器的差分输出非常接近于幅度相等、 相位恰好相差180°的理想状态。 AD8475的集成电阻是经过晶圆激光调整的精密电阻，能够 保证最小86dB(50μV/V)的CMRR和0.05%以下的增益误差。 如果使用分立解决方案来实现同等精度和性能，电阻匹配 度至少必须达到0.01%。 Rev. B | Page 17 of 24 AD8475 输入电压范围 驱动AD8475 AD8475能够测量大于电源轨的输入电压。内部增益和反馈 电阻构成一个分压器，可以降低放大器内部输入节点所看 到的输入电压。能够测量的最大电压受限于放大器内部求 和节点的能力。该电压由输入电压和反馈与增益电阻之比 确定。图51显示了由输入电压和内部电阻网络确定的放大 器内部求和节点电压。如果VN接地，则图中的表达式可 以简化为： 务必使用低阻抗源驱动AD8475，例如另一个放大器。源电 阻可能使电阻比不平衡，进而显著降低AD8475的增益精度 和共模抑制性能。为了获得最佳性能，AD8475输入端的源 阻抗应低于0.1 Ω。电阻比对保证AD8475的精度起着关键 作用，详细信息请参考直流精度部分。 AD8475的内部放大器具有轨到轨输入。为了获得精确的测 量结果并使失真最小，放大器内部输入端的电压必须始终 低于+VS − 1 V并高于−VS 。 例如，采用VS = 5 V、G = 0.4配置时，AD8475可以测量高 达±12.5 V的输入，同时保持出色的失真性能。 电源 AD8475支持宽电源电压范围，可以采用低至3 V、高达10 V 的单电源供电，也可以采用±1.5 V至±5 V的双电源供电。 AD8475应采用稳定的直流电压供电。注意，电源引脚上的 噪声会降低器件性能。欲了解更多信息，参见图13的电源 抑制比(PSRR)性能曲线。 在每个电源引脚与接地之间放置一个0.1 μF旁路电容，并 使它尽可能靠近每个电源引脚。在每个电源与接地之间应 使用一个10 μF钽电容，该电容可以远离电源引脚放置。一 般而言，其它精密集成电路可以共享该钽电容。 AD8475提供过压保护，可以承受远高于电源轨的输入电 压。输入端集成的ESD保护二极管可以防止最高+VS + 10.5 V 和−VS − 16 V的输入电压损坏AD8475。 图51. AD8475内部运放输入端电压 Rev. B | Page 18 of 24 AD8475 应用信息 设置输出共模电压 典型配置 AD8475的VOCM引脚利用一个精密分压器进行内部偏置， 该分压器由电源之间的两个200 kΩ电阻组成，它将输出电 平转换到中间电源电压。使用该内部偏置得到的输出共模 电压与预期值的偏差在0.01%之内。 AD8475的设计有利于实现大信号的单端至差分转换、共模 电平转换和精密衰减处理，因而与低压ADC兼容。 图53给出了增益为0.4时AD8475的典型连接图。若要使用 0.8的增益，应利用一个低阻抗源驱动±IN 0.8x输入。 如果需要控制输出共模电平。可以使用源电阻低于100 Ω 的外部源或电阻分压器来驱动VOCM引脚。如果使用一个 由等值电阻组成的外部分压器将VOCM设置为中间电源电 压，因为外部电阻与内部电阻并联，所以可以使用较高阻 值的电阻。技术规格部分列出的输出共模失调假设VOCM 输入由一个低阻抗电压源驱动。 单端转差分 许多工业系统使用单端信号，但信号常常由高性能差分输 入ADC来处理以实现更高精度。AD8475不需要使用外部 器件，就能执行将单端信号精确转换为精密ADC的差分输 入这一关键功能， 为将单端信号转换为差分信号，需将一个输入端连接到信 号源，将另一个输入端连接到地(参见图55)。注意，信号 源可以驱动任一输入端，唯一的影响是输出的极性反相。 在具有差分信号路径的精密系统中，AD8475还能接受真差 分输入信号。 由于存在内部分压器，因此VOCM引脚会流出或吸收电 流，具体取决于外部施加的电压及其相关的源阻抗。 还可以将VOCM输入端连接到ADC的共模电平输出端，然 而，必须确保输出具有足够的驱动能力。VOCM引脚的输 入阻抗为100 kΩ。如果多个AD8475器件共用一个ADC基准 输出，则可能需要使用缓冲器来驱动并行输入。 –VS + 10µF 0.1µF LOW IMPEDANCE INPUT SOURCE 1.25kΩ –VS NC –OUT 1kΩ 1.25kΩ VOUT = (V+OUT – V–OUT) AD8475 1.25kΩ –IN 0.8x –IN 0.4x 10µF + 1.25kΩ +VS 1kΩ VOCM +OUT REF 0.1µF 0.1µF +VS 图52. 典型配置(10引脚MSOP封装) Rev. B | Page 19 of 24 09432-200 +IN 0.8x +IN 0.4x AD8475 –VS + 10µF LOW IMPEDANCE INPUT SOURCE VIN 13 –VS 14 –VS 15 –VS 16 +IN 0.4x 0.1µF 12 NC +IN 0.4x 1 +IN 0.8x 2 1.25kΩ 1.25kΩ 1.25kΩ –IN 0.8x 3 –IN 0.4x 4 1kΩ 11 –OUT AD8475 10 +OUT VOUT = (V+OUT – V–OUT) 1kΩ 1.25kΩ 9 VOCM REF + +VS 8 0.1µF 09432-165 10µF +VS 7 –IN 0.4x 5 +VS 6 0.1µF +VS 图53. 典型配置(16引脚LFCSP封装) 表6. 高性能SAR型ADC 高性能ADC驱动 AD8475非常适合宽带直流耦合和工业应用。图55所示的电 路是用于驱动AD7982(一款18位、1MSPS ADC)的AD8475 工业前端连接，AD8475输入和输出为直流耦合。采用差分 驱动时，AD7982能够实现最佳性能。AD8475对20 V p-p输 入信号执行衰减、电平转换和差分信号转换，无需任何外 部器件。AD8475的前端不需要双电源就能接受双极性大信 号。它也不需要精密电阻网络来执行衰减，并且不需要变 压器来驱动ADC和执行单端至差分转换。 AD8475的交流和直流性能兼容18位1 MSPS PulSAR® ADC AD7982和该系列的其它16位及18位器件，采样速率最高可 达4 MSPS。表6列出了一些合适的高性能差分ADC。 产品型号 分辨率 AD7984 18位 采样速率 1.33 MSPS AD7982 18位 1 MSPS AD7690 18位 400 kSPS AD7641 18位 2 MSPS 描述 真差分输入、14 mW、 2.5 V ADC 真差分输入、7.0 mW、 2.5 V ADC 真差分输入、4.5 mW、 5 V ADC 真差分输入、75 mW、 2.5 V ADC 本例中，AD8475采用5 V单电源供电，配置为0.4的增益， 单端输入转换为差分输出。输入为以地电压为基准的20 V p-p对称双极性信号。当输出共模电压为2.5 V时，AD8475 各输出的摆幅为0.5 V至4.5 V，并且相位相反，可将8 V p-p 差分信号提供给ADC输入端。 Rev. B | Page 20 of 24 AD8475 AD8475输出端与ADC之间的差分RC网络提供一个单极点 滤波器，可降低不良的混叠效应和高频噪声。该滤波器的 共模带宽为29.5 MHz(20 Ω、270 pF)，差分带宽为3.1 MHz (40 Ω、1.3 nF)。 09432-168 VOCM输入端被旁路以便降低噪声，采用5 V单电源供电， 通过外部1%电阻设置为最大输出动态范围。 图54. AD8475驱动AD7982的FFT结果 +4.5V +5V 4V +2.5V +10V +2.5V VDD +IN 0.4x 20V NC –OUT +IN 0.8x 20Ω NC –IN 0.8x –IN 0.4x +OUT 20Ω SCK AD7982 1.3nF SDO 270pF IN+ VOCM CNV REF –VS +4.5V +7V TO +18V 4V ADR435 SDI 270pF AD8475 –10V VIO IN– GND +5V 2.5V 10kΩ +5V +0.5V 0.1µF 10kΩ 图55. 对工业电压进行衰减和电平转换以驱动单电源精密ADC Rev. B | Page 21 of 24 09432-167 0V +1.8V TO +5V +0.5V +VS AD8475 AD8475评估板 利用AD8475-EVALZ板轻松评估系统性能。该评估板可以 采用SMB连接器安装，从而直接与Pulsar®模数转换器评估 套件相连。 AD8475评估板可用于独立测试AD8475的性能和功能，有 助于客户进行评估和系统设计。评估板允许用户灵活地配 置所需的增益(0.4或0.8)，以及适当的输入和负载阻抗。 有关AD8475-EVALZ的更多信息，请访问AD8475产品页 面。 当AD8475与ADI公司的SAR型ADC配合使用时，用户可以 +VS (GRN) C4 10µF J1 IN– R6 R1 0Ω +IN 0.8x 2 R3 0Ω –IN 0.8x 3 R4 0Ω –IN 0.4x 4 13 –VS 14 –VS 12 NC +IN 0.4x 1 1.25kΩ 1kΩ 1.25kΩ AD8475 1.25kΩ 11 –OUT R7 10 +OUT R8 1kΩ 1.25kΩ 9 VOCM OUT– R9 R12 J4 VOCM +VS 8 +VS 7 +VS 6 J5 VOCM R11 J3 C1 0.1µF + –IN 0.4x 5 OUT+ R10 J2 C5 0.1µF JP1 C3 10µF +VS (RED) 图56. AD8475-EVALZ原理图 Rev. B | Page 22 of 24 09432-065 R5 15 –VS 16 +IN 0.4x + R2 0Ω IN+ C2 0.1µF AD8475 外形尺寸 3.10 3.00 SQ 2.90 PIN 1 INDICATOR 0.30 0.25 0.20 13 0.50 BSC PIN 1 INDICATOR 16 1 12 1.65 1.50 SQ 1.45 EXPOSED PAD 9 0.80 0.75 0.70 BOTTOM VIEW 0.05 MAX 0.02 NOM COPLANARITY 0.08 0.20 REF SEATING PLANE 0.20 MIN FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET. 091609-A TOP VIEW 4 5 8 0.50 0.40 0.30 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-229. 图57. 16引脚LFCSP_WQ封装[引脚架构芯片级] 3 mm x 3 mm，超薄体 (CP-16-27) 图示尺寸单位：mm 3.10 3.00 2.90 3.10 3.00 2.90 10 1 5.15 4.90 4.65 6 5 PIN 1 IDENTIFIER 0.50 BSC 0.95 0.85 0.75 15° MAX 1.10 MAX 0.30 0.15 6° 0° 0.23 0.13 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-BA 图58. 10引脚超小型封装[MSOP] (RM-10) 图示尺寸单位：mm Rev. B | Page 23 of 24 0.70 0.55 0.40 091709-A 0.15 0.05 COPLANARITY 0.10 AD8475 订购指南 型号1 温度范围 封装描述 封装选项 标识 AD8475ACPZ-R7 AD8475ACPZ-RL AD8475ACPZ-WP AD8475ARMZ AD8475ARMZ-R7 AD8475ARMZ-RL AD8475-EVALZ −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C 16引脚LFCSP_WQ封装[引脚架构芯片级] 16引脚LFCSP_WQ封装[引脚架构芯片级] 16引脚LFCSP_WQ封装[引脚架构芯片级] 10引脚MSOP封装[引脚架构芯片级] 10引脚MSOP封装[引脚架构芯片级] 10引脚MSOP封装[引脚架构芯片级] 评估板 CP-16-27 CP-16-27 CP-16-27 RM-10 RM-10 RM-10 Y3H Y3H Y3H Y31 Y31 Y31 1 Z = 符合RoHS标准的器件。 ©2010–2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09432sc-0-5/11(B) Rev. B | Page 24 of 24