低功耗、单位增益、 全差分放大器和ADC驱动器 AD8476 产品特性 5 –OUT 6 NC 7 –VS 8 INP 10kΩ 10kΩ AD8476 10195-001 +OUT 4 VOCM 3 INN 1 +VS 2 10kΩ NOTES 1. NC = NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 13 –VS 14 –VS 15 –VS 16 –VS 图1. 8引脚MSOP封装 INP 1 12 NC 10kΩ 10kΩ INP 2 INN 3 11 –OUT AD8476 10kΩ 10 +OUT 10kΩ VOCM +VS 8 9 NOTES 1. NC = NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 10195-002 INN 4 +VS 7 ADC驱动器 差分仪表放大器构建模块 单端转差分转换器 电池供电仪表 10kΩ +VS 6 应用 功能框图 +VS 5 极低功耗 电源电流：330 μA 极低谐波失真 10 kHz时：−126 HD2 10 kHz时：−128 HD3 全差分或单端输入/输出 差分输出设计用于驱动精密ADC 驱动开关电容和Σ-Δ型ADC 轨到轨输出 VOCM引脚调整输出共模电压 最高超过电源电压18 V的过压保护 高性能 适合驱动16位、最高250 kSPS的转换器 输出噪声：39nV/√Hz 增益漂移：1 ppm/°C(最大值) 输出失调电压：200 µV(最大值) 压摆率：10 V/μs 带宽：6 MHz 单电源：3 V至18 V 双电源：±1.5 V至±9 V 图2. 16引脚LFCSP封装 概述 AD8476是一款功耗极低的全差分精密放大器，集成用于提 供单位增益的增益电阻。它非常适合用作驱动低功耗、高 性能ADC的单端转差分或差分转差分放大器。它提供1倍 的精密增益、共模电平转换、低温度漂移和轨到轨输出特 性，动态范围达到最大。 AD8476还提供过压保护功能，在采用5 V双电源供电时，器 件能够耐受最高±23 V的大工业输入电压。采用5 V单电源供 电时，其功耗仅为1.5 mW。 不同于市面上的许多差分驱动器，AD8476是一款高精度放 大器。其最大输出失调电压为200 µV，输出噪声为39 nV/√Hz， 总谐波失真加噪声(THD + N)为−102 dB (10 kHz)，能够很 好地配合低功耗、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AD8476具有出 色的速度，能够建立至16位精度进行250 kSPS采集。 AD8476提供节省空间的16引脚3 mm × 3 mm LFCSP封装和8 引脚MSOP封装，额定温度范围为−40°C至+125°C。 AD8476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。 Rev. B 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. 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 ©2011–2012 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。 AD8476 目录 产品特性 ......................................................................................... 1 应用.................................................................................................. 1 功能框图 ......................................................................................... 1 概述.................................................................................................. 1 修订历史 ......................................................................................... 2 技术规格 ......................................................................................... 3 绝对最大额定值............................................................................ 5 热阻 ............................................................................................ 5 最大功耗 ................................................................................... 5 ESD警告 .................................................................................... 5 引脚配置和功能描述 ................................................................... 6 典型性能参数 ................................................................................ 8 术语 ............................................................................................... 16 工作原理 ...................................................................................... 17 概述 ......................................................................................... 17 电路信息 ................................................................................. 17 直流精度 ................................................................................. 17 输入电压范围 ........................................................................ 18 驱动AD8476............................................................................ 18 电源 ......................................................................................... 18 应用信息 ....................................................................................... 19 典型配置.................................................................................. 19 单端到差分转换..................................................................... 19 设置输出共模电压 ................................................................ 19 低功耗ADC驱动 .................................................................... 20 外形尺寸 ....................................................................................... 21 订购指南.................................................................................. 22 修订历史 2012年5月—修订版A至修订版B 增加LFCSP封装(通篇) ................................................................. 1 “产品特性”部分增加谐波失真值，带宽从5 MHz 更改为6 MHz ................................................................................. 1 在表1中，将−3 dB小信号带宽从5 MHz更改为6 MHz， 将HD2从−120 dB更改为−126 dB，将HD3从−122 dB 更改为−128 dB .............................................................................. 3 更改图17和图 .............................................................................. 10 更改图25 ....................................................................................... 11 更改图30 ....................................................................................... 12 增加“低功耗ADC驱动”部分 .................................................... 20 更新“外形尺寸”............................................................................ 21 更改“订购指南”............................................................................ 22 2011年11月—修订版0至修订版A 更改表 .............................................................................................. 3 更改“典型性能参数”..................................................................... 7 增加图39；重新排序 ................................................................. 13 增加表5 ........................................................................................ 18 删除“低功耗ADC驱动”部分 ................................................... 19 删除图52 ...................................................................................... 19 2011年10月—修订版0：初始版 Rev. B | Page 2 of 24 AD8476 技术规格 除非另有说明，VS = +5至±5 V，VOCM = 中间电源，VOUT = V+OUT − V−OUT，RL = 2 kΩ差分，折合到输出端(RTO)，TA = 25°C。 表1. 参数 动态性能 −3 dB小信号带宽 −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 HD2 HD3 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 差分失调2 对温度 平均温度系数(TC) 对电源电压(PSRR) 共模失调2 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 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 VOCM特性 VOCM输入电压范围 VOCM输入阻抗 VOCM增益误差 测试条件/注释 最小值 B级 典型值 最大值 最小值 A级 典型值 最大值 单位 VOUT = 200 mV p-p VOUT = 2 V p-p VOUT = 2 V阶跃 VOUT = 2 V阶跃 VOUT = 2 V阶跃 6 1 10 1.0 1.6 6 1 10 1.0 1.6 MHz MHz V/µs µs µs f = 10 kHz，VOUT = 2 V p-p， 22 kHz滤波器 f = 10 kHz，VOUT = 2 V p-p f = 10 kHz，VOUT = 2 V p-p f1 = 95 kHz，f2 = 105 kHz， VOUT = 2 V p-p f = 0.1 Hz至10 Hz f = 10 kHz −102 −102 dB −126 −128 −82 −126 −128 −82 dB dB dBc 6 39 1 6 39 1 µV p-p nV/√Hz V/V % ppm/°C ppm RL = ∞ −40°C ≤ TA ≤ +125°C VOUT = 4 V p-p 0.02 1 0.04 1 5 50 −40°C ≤ TA ≤ +125°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C VS = ±2.5 V至±9 V 90 VIN,cm = ±5 V 90 差分输入 单端输入 Vcm = VS/2 −VS + 0.05 2(−VS + 0.05) 1 5 200 900 4 50 1 90 50 50 80 +VS − 0.05 −VS + 0.05 2(+V − 0.05) 2(−VS + 0.05) 13.3 20 10 VS = +5 V VS = ±5 V ∆VOUT,cm/∆VOUT,dm −VS + 0.125 −VS + 0.155 90 +VS − 0.14 +VS − 0.18 −VS + 1 −VS + 0.125 −VS + 0.155 80 +VS − 1 V V +VS − 0.14 +VS − 0.18 dB Ω pF mA −VS + 1 +VS − 1 500 0.05 µV µV µV/°C dB µV dB kΩ kΩ kΩ 0.1 20 35 500 Rev. B | Page 3 of 24 +VS − 0.05 2(+VS − 0.05) 13.3 20 10 0.1 20 35 每路输出 500 900 4 0.05 V kΩ % AD8476 参数 电源 额定电源电压 工作电源电压范围 电源电流 全温度范围 温度范围 额定性能范围 1 2 3 4 测试条件/注释 最小值 B级 典型值 最大值 最小值 ±5 3 VS = +5 V, TA = 25°C VS = ±5 V, TA = 25°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C 300 330 400 −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 A级 典型值 最大值 ±5 18 330 380 500 3 +125 −40 300 330 400 18 330 380 500 +125 单位 V V °C AD8476 绝对最大额定值 热阻 表2. 参数 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 封装玻璃化转变温度(TG) ESD(人体模型) 额定值 ±10 V +VS + 18 V −VS – 18 V −65°C至+150°C −40°C至+150°C 150°C 2500 V 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，并不能以这些条件或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器 件能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影 响器件的可靠性。 表3中的θJA值的假设前提是一个密封型4层JEDEC标准板。 表3. 热阻 封装类型 8引脚 MSOP 16引脚 LFCSP、3 mm × 3 mm θJA 209.0 78.5 单位 °C/W °C/W 最大功耗 AD8476的最大安全功耗受限于芯片结温(TJ)的相应升高情 况。达到玻璃化转变温度(150°C)左右时，塑料的特性发生 改变。即使只是暂时超过这一温度限值也有可能改变封装 对芯片作用的应力，从而永久性地转变放大器的参数性 能。长时间超过150°C温度可能导致功能丧失。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 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。 Rev. B | Page 5 of 24 AD8476 INN 1 +VS 2 VOCM 3 AD8476 TOP VIEW (Not to Scale) +OUT 4 8 INP 7 –VS 6 NC 5 –OUT NOTES 1. PINS LABELED NC CAN BE ALLOWED TO FLOAT, BUT IT IS BETTER TO CONNECT THESE PINS TO GROUND. AVOID ROUTING HIGH SPEED SIGNALS THROUGH THESE PINS BECAUSE NOISE COUPLING MAY RESULT. 图3. 8引脚MSOP的引脚配置 图4. 8引脚MSOP引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 引脚名称 INN +VS VOCM +OUT −OUT NC −VS INP 说明 负输入。 正电源。 输出共模调整。 同相输出。 反相输出。 此引脚不在内部连接(见图3)。 负电源。 正输入。 Rev. B | Page 6 of 24 10195-004 引脚配置和功能描述 13 –VS 15 –VS 14 –VS 16 –VS AD8476 INP 1 12 NC INP 2 AD8476 INN 3 TOP VIEW (Not to Scale) INN 4 11 –OUT 10 +OUT NOTES 1. PINS LABELED NC CAN BE ALLOWED TO FLOAT, BUT IT IS BETTER TO CONNECT THESE PINS TO GROUND. AVOID ROUTING HIGH SPEED SIGNALS THROUGH THESE PINS BECAUSE NOISE COUPLING MAY RESULT. 2. SOLDER THE EXPOSED PADDLE ON THE BACK OF THE PACKAGE TO A GROUND PLANE. 图4. 16引脚LFCSP的引脚配置 表5. 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 INP INP INN INN +VS +VS +VS +VS VOCM +OUT −OUT NC −VS −VS −VS −VS EPAD 说明 正输入。 正输入。 负输入。 负输入。 正电源。 正电源。 正电源。 正电源。 输出共模调整。 同相输出。 反相输出。 此引脚不在内部连接(见图4)。 负电源。 负电源。 负电源。 负电源。 将封装背面的裸露焊盘焊接到接地层。 Rev. B | Page 7 of 24 10195-003 +VS 8 +VS 6 +VS 7 +VS 5 9 VOCM AD8476 典型性能参数 除非另有说明，VS = +5 V，G = 1，VOCM连接到2.5 V电压，RL = 2 kΩ差分，TA = 25°C，折合到输出端(RTO)。 50 15 NORMALIZED TO 25°C 40 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 30 CMRR (µV/V) 20 10 0 –10 –20 –30 VS = ±5V 10 VS = ±2.5V 5 0 –5 –10 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) –15 –15 10195-005 –50 –40 10 115 NORMALIZED TO 25°C 15 VS = ±5V VS = +5V 110 900 105 700 100 500 300 CMRR (dB) OFFSET VOLTAGE (µV) 5 图8. 输入共模电压与输出电压的关系(VS = 5 V和±2.5 V) 1100 100 –100 –300 –500 95 90 85 80 –700 –900 75 –1100 70 –1300 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) 65 10 10195-006 –1500 –40 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图9. 共模抑制与频率的关系 图6. 系统失调温度漂移 150 0 10195-010 1300 –5 OUTPUT VOLTAGE (V) 图5. CMRR与温度的关系 1500 –10 10195-008 –40 –20 NORMALIZED TO 25°C VS = ±5V VS = +5V –30 100 PSRR (dB) 0 –50 –50 –60 –70 –80 –100 –25 –10 5 20 35 50 65 80 TEMPERATURE (°C) 95 110 125 图7. 增益误差与温度的关系 –100 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图10. 电源抑制比与频率的关系 Rev. B | Page 8 of 24 10M 10195-011 –150 –40 –90 10195-007 GAIN ERROR (µV/V) –40 50 AD8476 50 2kΩ LOAD NO LOAD 18 45 16 40 14 CURRENT (mA) 12 10 8 30 25 20 6 VS = ±2.5V 15 4 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 5 –40 5 20 35 50 65 80 95 110 125 图14. 短路电流与温度的关系 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES +VS 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 100k 1M RLOAD (Ω) 10195-013 –55°C –40°C +25°C +85°C +125°C 10k –10 TEMPERATURE (°C) 图11. 最大输出电压与频率的关系 0.175 0.150 0.125 0.100 0.075 0.050 0.025 –VS 1k –25 +VS 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 –55°C –40°C +25°C +85°C +125°C 0.175 0.150 0.125 0.100 0.075 0.050 0.025 –VS 10µA 100µA 1mA 10mA CURRENT (A) 图15. 输出电压摆幅与负载电流及温度的关系(VS = ±5 V) 图12. 输出电压摆幅与RLOAD 及温度的关系(VS = ±5 V) 15 VIN 14 VOUT 12 10 2V/DIV 11 RISE 9 8 FALL 7 5 –40 –25 –10 5 20 35 50 65 80 TEMPERATURE (°C) 95 110 125 2µs/DIV 图16. 过驱恢复(VS = +5 V) 图13. 压摆率与温度的关系 Rev. B | Page 9 of 24 10195-051 6 10195-015 SLEW RATE (V/µS) 13 10195-014 1k 10195-016 10 2 0 100 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES VS = ±5V 35 10195-012 MAXIMUM OUTPUT VOLTAGE (V p-p) 20 10 10 5 5 0 0 –5 –5 –10 –10 –15 –15 GAIN (dB) –20 –25 –20 –25 –30 –30 –35 –35 –40 1k –45 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) –50 100 10 5 5 0 OUTPUT MAGNITUDE (dB) GAIN (dB) –10 –15 –20 –25 –30 –35 10k 100k 1M 10M –20 –25 –40 100 10195-018 1k –15 –35 1k 10k 100k 1M 10M 图21. 不同负载下的大信号频率响应 10 5 5 0 0 OUTPUT MAGNITUDE (dB) –5 –10 –15 –20 –25 –30 –35 1k –5 –10 –15 –20 –25 –30 CL = 5pF CL = 10pF CL = 15pF –35 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 10195-019 OUTPUT MAGNITUDE (dB) RL = 10kΩ RL = 2kΩ RL = 200Ω FREQUENCY (Hz) 10 –50 100 10M –10 图18. 不同负载下的小信号频率响应 –45 1M –5 –30 RL = 10kΩ RL = 2kΩ RL = 200Ω FREQUENCY (Hz) –40 100k 0 –5 –50 100 10k 图20. 不同电源下的大信号频率响应 10 –45 1k FREQUENCY (Hz) 图17. 不同电源下的小信号频率响应 –40 VS = ±5V VS = +5V 10195-021 –50 100 VS = ±5V VS = +5V 10195-017 –45 10195-020 –40 –40 100 CL = 5pF CL = 10pF CL = 15pF 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图22. 不同容性负载下的大信号频率响应 图19. 不同容性负载下的小信号频率响应 Rev. B | Page 10 of 24 10M 10195-101 GAIN (dB) AD8476 AD8476 5 5 0 –10 –15 10k –15 –20 –25 –30 100k 1M 10M –35 1k FREQUENCY (Hz) POSITIVE OUTPUT (2kΩ LOAD) NEGATIVE OUTPUT (2kΩ LOAD) 5 VS = 5V 1M 10M POSITIVE OUTPUT NEGATIVE OUTPUT OUTPUT MAGNITUDE (dB) 0 –5 –10 –15 –20 –5 –10 –15 –20 –25 10k 100k 1M 10195-056 –25 10M VOCM INPUT FREQUENCY (Hz) –30 1k 10k 100k 1M VOCM INPUT FREQUENCY (Hz) 图24. VOCM小信号频率响应 图27. VOCM大信号频率响应 VS = ±5V VS = +5V VS = +3V 500mV/DIV VS = ±5V VS = +5V VS = +3V 500ns/DIV 10195-029 50mV/DIV OUTPUT MAGNITUDE (dB) 100k 图26. 不同VOCM电平下的大信号频率响应 0 –30 1k 10k FREQUENCY (Hz) 图23. 不同VOCM电平下的小信号频率响应 5 CL = 5pF CL = 10pF CL = 15pF 10195-055 –25 1k VOCM = 1.0V VOCM = 2.5V VOCM = 4.0V –10 500ns/DIV 图28. 不同电源下的大信号脉冲响应 图25. 不同电源下的小信号脉冲响应 Rev. B | Page 11 of 24 10195-032 –20 –5 10195-027 OUTPUT MAGNITUDE (dB) –5 10195-024 OUTPUT MAGNITUDE (dB) 0 AD8476 RL = 10kΩ RL = 2kΩ RL = 200Ω 500ns/DIV 10195-033 10195-031 50mV/DIV 500mV/DIV RL = 10kΩ RL = 2kΩ RL = 200Ω 500ns/DIV 图32. 不同阻性负载下的大信号阶跃响应(VS = ±5 V) CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF 500ns/DIV 10195-034 500ns/DIV 10195-030 50mV/DIV 500mV/DIV 图29. 不同阻性负载下的小信号阶跃响应(VS = ±5 V) 图33. 不同容性负载下的大信号阶跃响应(VS = ±5 V) 10µs/DIV 图34. VOCM大信号阶跃响应 图31. VOCM小信号阶跃响应 Rev. B | Page 12 of 24 10195-038 500ns/DIV 10195-035 20mV/DIV 500mV/DIV 图30. 不同容性负载下的小信号阶跃响应(VS = ±5 V) AD8476 140 2.5 130 SPECTRAL NOISE DENSITY (nV/ Hz) 3.0 1.5 1.0 0.5 0 –0.5 –1.0 –1.5 –2.0 120 110 100 90 80 70 60 50 40 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 TIME (Seconds) 20 1 10 图35. 0.1 Hz至10 Hz电压噪声 –40 RL = NO LOAD RL = NO LOAD RL = 2kΩ LOAD RL = 2kΩ LOAD –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –40 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –130 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) –140 100 –20 HD2 (VS = ±5V, RL = 2kΩ) HD3 (VS = ±5V, RL = 2kΩ) HD2 (VS = +5V, RL = 2kΩ) HD3 (VS = +5V, RL = 2kΩ) –30 HARMONIC DISTORTION (dBc) –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –140 100 10k 100k 1M 10 图39. 不同VOUT,dm 下谐波失真与频率的关系 HD2, HD3, VS = 5V VS = 5V 1 2 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M 10195-042 HARMONIC DISTORTION (dBc) –40 1k FREQUENCY (Hz) 图36. 不同负载下谐波失真与频率的关系 –30 100k –50 –120 –140 100 10k HD2 (VOUT = 4V p-p) HD3 (VOUT = 4V p-p) HD2 (VOUT = 2V p-p) HD3 (VOUT = 2V p-p) –30 10195-040 HARMONIC DISTORTION (dBc) –30 –20 HD2, HD3, HD2, HD3, 1k 图38. 电压噪声密度与频率的关系 HARMONIC DISTORTION (dBc) –20 100 FREQUENCY (Hz) 10195-046 0 10195-039 –3.0 10195-036 30 –2.5 10195-047 OUTPUT VOLTAGE (µV) 2.0 –140 0 3 4 5 6 7 8 VOUT (V p-p) 图40. 谐波失真与VOUT,dm 的关系(f = 10 kHz) 图37. 不同电源下谐波失真与频率的关系 Rev. B | Page 13 of 24 9 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –140 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 10195-139 –130 –0.4 –20 VOUT = 2V p-p SPURIOUS-FREE DYNAMCIC RANGE (dBc) –85 VOUT = 4V p-p VOUT = 8V p-p –95 –100 –105 –110 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 10195-053 –115 100 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1M VS = 5V, RL = 2kΩ VS = 5V, RL = NO LOAD –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –140 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 图45. 不同负载下无杂散动态范围与频率的关系 图42. 总谐波失真加噪声与频率的关系 1V/DIV 1V/DIV 20µV/DIV 0.001%/DIV 200µV/DIV 0.01%/DIV 1µs/DIV 10195-037 THD + N (dB) –90 –120 10 0 图44. 增益非线性度 图41. 谐波失真与输入驱动的关系 –80 –0.2 OUTPUT VOLTAGE (V) 2µs/DIV 图46. 2 V阶跃的0.001%建立时间 图43. 2 V阶跃的0.01%建立时间 Rev. B | Page 14 of 24 10195-100 –30 ERROR (ppm) HARMONIC DISTORTION (dBc) –20 40 VS = ±5V 35 30 25 20 15 10 5 0 –5 –10 –15 –20 –25 –30 –35 –40 –1.0 –0.8 –0.6 HD2 (SINGLE-ENDED INPUT) HD3 (SINGLE-ENDED INPUT) HD2 (DIFFERENTIAL INPUT) HD3 (DIFFERENTIAL INPUT) 10195-200 0 –10 10195-049 AD8476 AD8476 –30 1k POSITIVE OUTPUT NEGATIVE OUTPUT 100 –50 IMPEDANCE (Ω) OUTPUT BALANCE ERROR (dB) –40 –60 –70 –80 10 1 1k 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 图47. 输出平衡误差与频率的关系 –10 –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 90 95 100 105 FREQUENCY (Hz) 110 115 120 10195-054 NORMALIZED SPECTRUM (dBc) 0 85 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图49. 输出阻抗与频率的关系 10 –100 80 0.1 10k 图48. 100 kHz交调失真 Rev. B | Page 15 of 24 10M 10195-052 –100 100 10195-050 –90 AD8476 术语 共模电压 共模电压指两个节点电压相对于局部地基准电压的平均值。 输出共模电压定义为： 10kΩ 10kΩ AD8476 VOCM –IN –OUT RL, dm VOUT, dm VOUT, cm = (V+OUT + V−OUT)/2 +OUT 10kΩ 10kΩ 10195-057 +IN 图50. 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： 平衡 输出平衡衡量输出差分信号的幅度相等程度和相位相反程 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。 输出平衡误差 = VOUT, dm = (V+OUT − V−OUT) 其中，V+OUT和V−OUT分别指+OUT引脚和−OUT引脚相对于 同一地基准的电压。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 AD8476 工作原理 概述 AD8476是一款全差分放大器，集成激光调整电阻，可提供 数值为1的精密增益。AD8476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，但方向相 反(相位相差180°)。 5 –OUT 6 NC 8 INP 7 –VS AD8476的设计能够大大简化信号的单端到差分转换、共模 电平转换，并可精确驱动差分信号至低功耗、差分输入 ADC。VOCM输入允许用户设置输出共模电压，以便匹配 ADC的输入范围。与运算放大器一样，VOCM功能依靠高 开环增益和负反馈迫使输出节点达到所需的电压。 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AD8476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。 直流精度 AD8476的直流精度高度依赖于集成增益电阻的精度。使用 叠加原理分析图52所示的电路，放大器输入和输出电压之 间的关系如下式所示： 其中： 10k 10k 10k AD8476 +OUT 4 NOTES 1. NC = NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 放大器的差分闭环增益为： 10195-058 VOCM 3 +VS 2 INN 1 10k 图51. 功能框图 电路信息 放大器的共模抑制比为： AD8476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， AD8476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。 VP RGP RFP VON AD8476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。 VOCM VN 输出共模电压(VOCM) RGN RFN 10195-059 VOP 图52. 给定增益下AD8476的功能电路图 内部共模反馈控制共模输出电压。这种架构有利于用户将 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施加于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。 上述公式显示，AD8476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则降至： Rev. B | Page 17 of 24 AD8476 AD8476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90 dB (32 μV/V)的CMRR和0.02%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%。 驱动AD8476 使用低阻抗源(例如另一个放大器)驱动AD8476时应格外小 心。源电阻可能造成电阻比不平衡，进而显著降低AD8476 的增益精度和共模抑制性能。为了获得最佳性能，AD8476 输入端的源阻抗应保持低于0.1 Ω。电阻比对保证AD8476的 精度起着关键作用，详细信息请参见“直流精度”部分。 输入电压范围 AD8476能够测量与供电轨同等大小的输入电压。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。能够正确测量的最大电压受限于放 大器的输出范围以及放大器内部求和节点的能力。该电压 由输入电压和反馈电阻与增益电阻之比确定。 电源 AD8476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，也可采用±1.5 V至±9 V的双电源供电。 AD8476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，请参见图10的 PSRR性能曲线。 图53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： 在每个电源引脚与地之间放置一个0.1 μF旁路电容，并使该 电容尽可能靠近每个电源引脚。在每个电源与地之间应使 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。 AD8476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。 AD8476提供过压保护，可以承受远高于供电轨的输入电 压。输入端集成的ESD保护二极管可以防止最高+VS + 18 V 和−VS − 18 V的输入电压损坏AD8476。 VP RF + RG VOCM + 1 RF 2 RG VP − VN + RF RF + RG RF VON VOCM VN VOP VN RG 图53. AD8476内部运放输入端电压 Rev. B | Page 18 of 24 RF 10195-060 RG RG AD8476 应用信息 典型配置 AD8476的设计有利于实现信号的单端到差分转换、共模电 平转换和精密处理，因而与低压ADC兼容。 图54给出了AD8476的典型连接图。 单端到差分转换 许多工业系统通过输入传感器进行单端信号输入，但信号 常 常 由 高 性 能 差 分 输 入 ADC来 处 理 以 实 现 更 高 精 度 。 AD8476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，并将另一个输入端连接到地(见图54)。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，AD8476还能接受真差 分输入信号。 如果需要控制输出共模电平，可以使用外部源或电阻分压 器来驱动VOCM引脚。如果从源直接驱动，或通过电阻值 不等的电阻分压器驱动，则VOCM引脚看到的电阻应小于 1 kΩ。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，则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。 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，必须注意确保输出具有足够的驱动能力。VOCM引脚 的输入阻抗为500 kΩ。如果多个AD8476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。 表6. 差分输入ADC1 设置输出共模电压 AD8476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1 MΩ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0.05%之内。 ADC AD7674 AD7684 AD7687 AD7688 1 –OUT 5 6 NC –VS 7 INP 8 + 10kΩ –VOUT AD8476 LOAD +VOUT 0.1µF 10µF 4 +OUT VOCM 3 2 +VS 1 10kΩ + +5V 10195-102 10kΩ 10kΩ INN INPUT SIGNAL SOURCE 10µF 吞吐速率 100 kSPS 100 kSPS 250 kSPS 500 kSPS* 功耗 25 mW 6 mW 12.5 mW 21.5 mW 根据测量/应用类型，检查AD8476是否满足建立时间要求。 –5V 0.1µF 分辨率 16位 16位 16位 16位 图54. 典型配置(8引脚MSOP封装) Rev. B | Page 19 of 24 AD8476 图中所示的应用中，每个输出端均选用100 Ω电阻和2.2 nF 电容。若要驱动AD7687，则该组合在20 kHz基频且ADC吞 吐速率为250 kSPS下可获得2.5 dB的SNR损耗以及良好的 THD性能。滤波器带宽可由下式确定： 低功耗ADC驱动 AD8476设计为低功耗驱动器，可用于驱动最高16位精度和 最高250 kSPS采样速率的ADC。图56中的电路显示AD8476 驱动16位、250 kSPS全差分SAR型ADC AD7687。AD8476与 ADC之间的滤波器可减少高频噪声以及ADC采样时的开关 瞬变。 滤波器频率 额外的考虑因素有助于确定单个元件的值。ADC的THD值 有可能随源电阻一同增加。这在ADC数据手册中已说明。 若要减少这一效应，请尝试使用较小的电阻和较大的电 容。放大器很难驱动远高于2 nF的大电容。更高的电容还可 增加输出阻抗变化的影响。 0 –10 –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –140 –150 –160 –170 –180 VIN = 8V p-p THD = –112dB SNR = 93dB 0 20 40 60 80 100 FREQUENCY (kHz) 图55. AD8476驱动AD7687的FFT 同样重要的是，需要考虑目标信号频率范围。AD8476的 THD随频率上升而下降(见图42)，而输出阻抗随频率上升 而增加(见图49)。输出阻抗越大，建立时间就越长，因此 应谨慎选择电容值，以便在最大目标频率时滤波器依然满 足建立时间要求。 +4.5V +0.5V +4V +2V +2.5V +VS 4V –OUT 4V –IN –VS +OUT VOCM VIO IN– SDI 2.2nF AD8476 +4V +1.8V TO +5V VDD 100Ω +IN 0V +2V +2.5V AD7687 2.2nF REF +4.5V 0V 4V SDO CNV IN+ 100Ω SCK GND +5V +2.5V +0.5V 图56. 使用AD8476对差分电压进行调理和电平转换，以驱动单电源ADC Rev. B | Page 20 of 24 10195-063 4V +5V 120 140 10195-064 ADC FULL SCALE (dB) 应仔细选择该滤波器的数值。可能需凭经验确定滤波器的 最佳值，此处提供一些指南来帮助用户确定该值。为获得 最佳性能，该滤波器必须足够快，使ADC的0.5 LSB满量程 建立时间少于ADC数据手册中指定的采集时间(此处即 AD7687)。若滤波器比采集时间还慢，便有可能产生看起 来像谐波的失真。若滤波器过快，则放大器噪声带宽增 加，从而降低系统的SNR。 AD8476 外形尺寸 3.20 3.00 2.80 3.20 3.00 2.80 8 1 5.15 4.90 4.65 5 4 PIN 1 IDENTIFIER 0.65 BSC 0.95 0.85 0.75 15° MAX 1.10 MAX 0.80 0.55 0.40 0.23 0.09 6° 0° 0.40 0.25 10-07-2009-B 0.15 0.05 COPLANARITY 0.10 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA 图57. 8引脚超小型封装[MSOP] (RM-8) 图示尺寸单位：mm 0.27 0.20 0.15 0.50 BSC 13 PIN 1 INDICATOR 16 1 12 1.75 1.60 SQ 1.45 EXPOSED PAD 9 TOP VIEW 0.80 0.75 0.70 SEATING PLANE 0.50 0.40 0.30 4 8 5 BOTTOM VIEW 0.05 MAX 0.02 NOM COPLANARITY 0.08 0.20 REF FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET. COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-229-WEEE. 图58. 16引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] 3 mm x 3 mm，超薄体 (CP-16-25) 图示尺寸单位：mm Rev. B | Page 21 of 24 0.20 MIN 01-28-2010-B PIN 1 INDICATOR 3.10 3.00 SQ 2.90 AD8476 订购指南 型号1 AD8476BCPZ-R7 AD8476BCPZ-RL AD8476BCPZ-WP AD8476ACPZ-R7 AD8476ACPZ-RL AD8476ACPZ-WP AD8476BRMZ AD8476BRMZ-R7 AD8476BRMZ-RL AD8476ARMZ AD8476ARMZ-R7 AD8476ARMZ-RL AD8476-EVALZ 1 温度范围 −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C 封装描述 16引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] 16引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] 16引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] 16引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] 16引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] 16引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] 8引脚超小型封装[MSOP] 8引脚超小型封装[MSOP] 8引脚超小型封装[MSOP] 8引脚超小型封装[MSOP] 8引脚超小型封装[MSOP] 8引脚超小型封装[MSOP] 评估板 Z = 符合RoHS标准的器件。 Rev. B | Page 22 of 24 封装选项 CP-16-25 CP-16-25 CP-16-25 CP-16-25 CP-16-25 CP-16-25 RM-8 RM-8 RM-8 RM-8 RM-8 RM-8 标识 Y45 Y45 Y45 Y44 Y44 Y44 Y47 Y47 Y47 Y46 Y46 Y46 AD8476 注释 Rev. B | Page 23 of 24 AD8476 注释 ©2011–2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D10195sc-0-5/12(B) Rev. B | Page 24 of 24