超低失真差分 ADC驱动器 ADA4939-1/ADA4939-2 产品特性 常适合驱动分辨率最高16位、DC至100 MHz的高性能ADC。 用户可利用内部共模反馈环路调整输出共模电压，使 ADA4939输出与ADC的输入相匹配。内部反馈环路也可提 供出色的输出平衡，并能抑制偶数阶谐波失真产物。 对于ADA4939，利用由四个电阻组成的简单外部反馈网络 便可轻松实现差分增益配置，反馈网络决定放大器的闭环 07429-001 +VS 7 +VS 8 9 VOCM +VS 6 10 +OUT +FB 4 +VS 5 11 –OUT –IN 3 +IN1 –FB1 –VS1 –VS1 PD1 –OUT1 24 23 22 21 20 19 1 2 3 4 5 6 ADA4939-2 18 17 16 15 14 13 +OUT1 VOCM1 –VS2 –VS2 PD2 –OUT2 07429-002 –IN2 +FB2 +VS2 +VS2 VOCM2 +OUT2 7 8 9 10 11 12 –IN1 +FB1 +VS1 +VS1 –FB2 +IN2 图2. ADA4939-2 –60 VOUT, dm = 2V p-p –65 HD2 HD3 –70 –75 –80 –85 –90 –95 –100 –105 –110 1 10 FREQUENCY (MHz) 100 07429-021 ADA4939是一款低噪声、超低失真、高速差分放大器，非 12 PD 图1. ADA4939-1 HARMONIC DISTORTION (dBc) 概述 ADA4939-1 +IN 2 应用 ADC驱动器 单端转差分转换器 中频和基带增益模块 差分缓冲器 线路驱动器 13 –VS 16 –VS 15 –VS –FB 1 14 –VS 功能框图 极低谐波失真 −102 dBc HD2 (10 MHz) −83 dBc HD2 (70 MHz) −77 dBc HD2 (100 MHz) −101 dBc HD3 (10 MHz) −97 dBc HD3 (70 MHz) −91 dBc HD3 (100 MHz) 低输入电压噪声：2.3 nV/√Hz 高速 −3 dB带宽：1.4 GHz (G = 2) 压摆率：6,800 V/μs（25%至75%） 快速过驱恢复：<1 ns 失调电压：±0.5 mV（典型值） 外部可调增益 差分增益稳定：≥2 差分转差分或单端转差分操作 可调输出共模电压 单电源供电：3.3 V至5 V 图3. 谐波失真与频率的关系 增益。 ADA4939采用3 mm x 3 mm、16引脚无铅LFCSP封装(ADA4939-1， ADA4939采用ADI公司的专有硅-锗(SiGe)互补双极性工艺 单通道)或4 mm x 4 mm、24引脚无铅LFCSP封装(ADA4939-2， 制造，可实现极低的失真水平，输入电压噪声仅为2.3 双通道)。引脚排列经过优化，有助于PCB布局，并且使 nV/√Hz。低直流失调和出色的动态性能，使得ADA4939 失真最小。ADA4939-1和ADA4939-2的额定工作温度范围 特别适合各种各样的数据采集与信号处理应用。 均为−40°C至+105°C，二者均采用3.3 V至5 V电源供电。 Rev. 0 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 ©2008 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。 ADA4939-1/ADA4939-2 目录 产品特性 ........................................................................................... 1 工作原理 ......................................................................................... 17 应用.................................................................................................... 1 应用电路分析 ........................................................................... 17 概述.................................................................................................... 1 设置闭环增益 ........................................................................... 17 功能框图 ........................................................................................... 1 增益≥2时性能稳定.................................................................. 17 修订历史 ........................................................................................... 2 估算输出噪声电压 .................................................................. 17 技术规格 ........................................................................................... 3 反馈网络失配的影响.............................................................. 18 5 V电源 ........................................................................................ 3 计算应用电路的输入阻抗 ..................................................... 19 3.3 V电源 ..................................................................................... 5 输入共模电压范围 .................................................................. 21 绝对最大额定值 ............................................................................. 7 输入和输出容性交流耦合 .................................................... 21 热阻 .............................................................................................. 7 RG最小值为50 Ω....................................................................... 21 最大功耗...................................................................................... 7 设置输出共模电压 .................................................................. 21 ESD警告....................................................................................... 7 布局布线、接地和旁路............................................................... 22 引脚配置和功能描述 ..................................................................... 8 高性能ADC驱动 ........................................................................... 23 典型性能参数 .................................................................................. 9 外形尺寸 ......................................................................................... 24 测试电路 ......................................................................................... 15 订购指南.................................................................................... 24 工作描述 ......................................................................................... 16 术语定义.................................................................................... 16 修订历史 2008年5月—版本0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 技术规格 5 V电源 除非另有说明，TA = 25°C，+VS = 5 V，−VS = 0 V，VOCM = +VS/2，RF = 402 Ω，RG = 200 Ω，RT = 60.4 Ω(使用时)，RL, dm = 1 kΩ。 除非另有说明，所有规格适用于单端输入、差分输出。信号定义参见图42。 ±DIN 至VOUT, dm 性能 表1. 参数 动态性能 −3 dB小信号带宽 0.1 dB平坦度带宽 大信号带宽 压摆率 过驱恢复时间 噪声/谐波性能 二次谐波 三次谐波 IMD 电压噪声(RTI) 输入电流噪声 串扰 输入特性 失调电压 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VOUT, dm = 0.1 V p-p VOUT, dm = 0.1 V p-p, ADA4939-1 VOUT, dm = 0.1 V p-p, ADA4939-2 VOUT, dm = 2 V p-p VOUT, dm = 2 V p-p, 25%至75% VIN = 0 V至1.5 V步进, G = 3.16 失真测试电路参见图41 VOUT, dm = 2 V p-p, 10 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 70 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 100 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 10 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 70 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 100 MHz f1 = 70 MHz, f2 = 70.1 MHz, VOUT, dm = 2 V p-p f1 = 140 MHz, f2 = 140.1 MHz, VOUT, dm = 2 V p-p f = 100 kHz f = 100 kHz f = 100 MHz, ADA4939-2 VOS, dm = VOUT, dm/2, VDIN+ = VDIN− = 2.5 V TMIN至TMAX变化 输入偏置电流 TMIN至TMAX变化 输入失调电流 输入电阻 输入电容 输入共模电压 共模抑制比(CMRR) 输出特性 输出电压摆幅 线性输出电流 输出平衡误差 −3.4 −26 −11.2 差分 共模 1400 300 90 1400 6800 <1 MHz MHz MHz MHz V/µs ns −102 −83 −77 −101 −97 −91 −95 −89 2.3 6 −80 dBc dBc dBc dBc dBc dBc dBc dBc nV/√Hz pA/√Hz dB ±0.5 ±2.0 −10 ±0.5 +0.5 180 450 1 1.1 ∆VOUT, dm/∆VIN, cm, ∆VIN, cm = ±1 V 最大∆VOUT；单端输出RF = RG = 10 kΩ ∆VOUT, cm/∆VOUT, dm，∆VOUT, dm = 1 V，10 MHz， 测试电路参见图40 Rev. 0 | Page 3 of 24 −83 0.9 +2.8 +2.2 +11.2 3.9 −77 4.1 100 −64 mV µV/°C µA µA/°C µA kΩ kΩ pF V dB V mA dB ADA4939-1/ADA4939-2 VOCM 至VOUT, cm 性能 表2. 参数 VOCM动态性能 −3 dB带宽 压摆率 输入电压噪声(RTI) VOCM输入特性 输入电压范围 输入电阻 输入失调电压 VOCM CMRR 增益 条件 最小值 典型值 最大值 670 2500 7.5 VIN = 1.5 V至3.5 V, 25%至75% f = 100 kHz VOS, cm = VOUT, cm, VDIN+ = VDIN− = +VS/2 OUT, dm OCM OCM = ±1 V OUT, cm OCM OCM = ±1 V 1.3 8.3 −3.7 0.97 9.7 ±0.5 −90 0.98 最小值 典型值 单位 MHz V/µs nV/√Hz 3.5 11.5 +3.7 −73 0.99 V kΩ mV dB V/V 一般性能 表3. 参数 电源 工作范围 每个放大器的静态电流 条件 3.0 35.1 TMIN至TMAX变化 关断 电源抑制比 掉电(PD) PD 输入电压 关闭时间 开启时间 每个放大器的PD引脚偏置电流 使能 禁用 OUT, dm S 0.26 S =1V 36.5 16 0.32 −90 最大值 单位 5.25 37.7 V mA µA/°C mA dB 0.38 −80 关断 使能 ≤1 ≥2 500 100 V V ns ns PD = 5 V PD = 0 V 30 −200 µA µA −40 工作温度范围 Rev. 0 | Page 4 of 24 +105 °C ADA4939-1/ADA4939-2 3.3 V电源 除非另有说明，TA = 25°C，+VS = 3.3 V，−VS = 0 V，VOCM = +VS/2，RF = 402 Ω，RG = 200 Ω，RT = 60.4 Ω(使用时)，RL, dm = 1 kΩ。 除非另有说明，所有规格适用于单端输入、差分输出。信号定义参见图42。 ±DIN 至VOUT, dm 性能 表4. 参数 动态性能 −3 dB小信号带宽 0.1 dB平坦度带宽 大信号带宽 压摆率 过驱恢复时间 噪声/谐波性能 二次谐波 三次谐波 IMD 电压噪声(RTI) 输入电流噪声 串扰 输入特性 失调电压 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VOUT, dm = 0.1 V p-p VOUT, dm = 0.1 V p-p, ADA4939-1 VOUT, dm = 0.1 V p-p, ADA4939-2 VOUT, dm = 2 V p-p VOUT, dm = 2 V p-p, 25%至75% VIN = 0 V至1.0 V步进, G = 3.16 失真测试电路参见图41 VOUT, dm = 2 V p-p, 10 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 70 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 100 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 10 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 70 MHz VOUT, dm = 2 V p-p, 100 MHz f1 = 70 MHz, f2 = 70.1 MHz, VOUT, dm = 2 V p-p f1 = 140 MHz, f2 = 140.1 MHz, VOUT, dm = 2 V p-p f = 100 kHz f = 100 kHz f = 100 MHz, ADA4939-2 VOS, dm = VOUT, dm/2, VDIN+ = VDIN− = +VS/2 TMIN至TMAX变化 输入偏置电流 TMIN至TMAX变化 输入失调电流 输入电阻 输入电容 输入共模电压 共模抑制比(CMRR) 输出特性 输出电压摆幅 线性输出电流 输出平衡误差 −3.5 −26 −11.2 差分 共模 1400 300 90 1400 5000 <1 MHz MHz MHz MHz V/µs ns −100 −90 −83 −94 −82 −75 −87 −70 2.3 6 −80 dBc dBc dBc dBc dBc dBc dBc dBc nV/√Hz pA/√Hz dB ±0.5 ±2.0 −10 ±0.5 ±0.4 180 450 1 0.9 ∆VOUT, dm/∆VIN, cm, ∆VIN, cm = ±1 V 最大∆VOUT，单端输出RF = RG = 10 kΩ ∆VOUT, cm/∆VOUT, dm，∆VOUT, dm = 1 V，f = 10 MHz， 测试电路参见图40 Rev. 0 | Page 5 of 24 −85 0.8 +3.5 +2.2 +11.2 2.4 −75 2.5 75 −61 mV µV/°C µA µA/°C kΩ kΩ pF V dB V mA dB ADA4939-1/ADA4939-2 VOCM 至VOUT, cm 性能 表5. 参数 VOCM动态性能 −3 dB带宽 压摆率 输入电压噪声(RTI) VOCM输入特性 输入电压范围 输入电阻 输入失调电压 VOCM CMRR 增益 条件 最小值 最大值 560 1250 7.5 VIN = 0.9 V至2.4 V, 25%至75% f = 100 kHz VOS, cm = VOUT, cm, VDIN+ = VDIN− = 1.67 V ∆VOUT, dm/∆VOCM, ∆VOCM = ±1 V ∆VOUT, cm/∆VOCM, ∆VOCM = ±1 V 典型值 1.3 8.3 −3.7 0.97 9.7 ±0.5 −75 0.98 单位 MHz V/µs nV/√Hz 1.9 11.2 +3.7 −73 0.99 V kΩ mV dB V/V 一般性能 表6. 参数 电源 工作范围 每个放大器的静态电流 电源抑制比 掉电(PD) PD 输入电压 关闭时间 开启时间 PD 每个放大器的引脚偏置电流 使能 禁用 条件 TMIN至TMAX变化 关断 ∆VOUT, dm/∆VS, ∆VS = 1 V 最小值 典型值 最大值 单位 3.0 32.8 5.25 36.0 V mA µA/°C mA dB 0.16 34.5 16 0.20 −84 0.26 −72 关断 使能 ≤1 ≥2 500 100 V V ns ns PD = 3.3 V PD = 0 V 26 −137 µA µA −40 工作温度范围 Rev. 0 | Page 6 of 24 +105 °C ADA4939-1/ADA4939-2 绝对最大额定值 封装的功耗(PD)为静态功耗与封装中负载驱动所导致的功 表7. 参数 电源电压 功耗 输入电流，+IN，−IN，PD 存储温度范围 工作温度范围 ADA4939-1 ADA4939-2 引脚温度(焊接，10秒) 结温 耗之和，而静态功耗则为电源引脚之间的电压(VS)乘以静 额定值 5.5 V 见图4 ±5 mA −65°C至+125°C 态电流(IS)。负载驱动所导致的功耗取决于具体应用，等 于负载电流乘以器件内的相关压降。上述计算中必须使用 RMS电压和电流。 气流可增强散热，从而有效降低θJA。此外，更多金属直接 −40°C至+105°C −40°C至+105°C 300°C 150°C 与封装引脚/裸露焊盘接触，包括金属走线、通孔、地和 电源层，同样可降低θJA。 图4显示在JEDEC标准四层板上(裸露焊盘焊接到一个与实 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 心层相连的PCB焊盘)，单通道16引脚LFCSP (98°C/W)和双 坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它 通道24引脚LFCSP (67°C/W)两种封装的最大安全功耗与环 超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件 境温度的关系。 3.0 热阻 θJA的测量条件是将器件(包括裸露焊盘)焊接到高导热性 2s2p电路板上，如EIA/JESD 51-7所述。 表8. 热阻 封装类型 ADA4939-1，16引脚 LFCSP(裸露焊盘) ADA4939-2，24引脚 LFCSP(裸露焊盘) θJA 98 67 单位 °C/W °C/W 2.5 ADA4939-2 2.0 1.5 ADA4939-1 1.0 0.5 0 –40 最大功耗 的特性会发生改变。即使只是暂时超过这一温度限值也会 0 20 40 60 80 AMBIENT TEMPERATURE (°C) ADA4939封装内的最大安全功耗受限于相应的芯片结温 (TJ)的升高情况。达到玻璃化转变温度150°C左右时，塑料 –20 100 07429-004 器件的可靠性。 MAXIMUM POWER DISSIPATION (W) 能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响 图4. 四层板最大功耗与环境温度的关系 ESD警告 改变封装对芯片作用的应力，从而永久性地转变ADA4939 ESD(静电放电)敏感器件。 的参数性能。长时间超过150℃的结温会导致芯片器件出 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。 现变化，因而可能造成故障。 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. 0 | Page 7 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 +IN1 –FB1 –VS1 –VS1 PD1 –OUT1 24 23 22 21 20 19 13 –VS 12 PD 10 +OUT 图5. ADA4939-1引脚配置 引脚名称 −FB +IN −IN +FB +VS VOCM +OUT −OUT PD −VS 描述 反馈器件连接的负输出 正输入求和节点 负输入求和节点 反馈器件连接的正输出 正电源电压 输出共模电压 负载连接的正输出 负载连接的负输出 掉电引脚 负电源电压 表10. ADA4939-2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 17 18 19 20 21, 22 23 24 引脚名称 −IN1 +FB1 +VS1 −FB2 +IN2 −IN2 +FB2 +VS2 VOCM2 +OUT2 −OUT2 PD2 −VS2 VOCM1 +OUT1 −OUT1 PD1 −VS1 −FB1 +IN1 ADA4939-2 TOP VIEW (Not to Scale) 18 17 16 15 14 13 +OUT1 VOCM1 –VS2 –VS2 PD2 –OUT2 图6. ADA4939-2引脚配置 表9. ADA4939-1引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5至8 9 10 11 12 13至16 PIN 1 INDICATOR 7 8 9 10 11 12 +VS 8 +VS 5 9 VOCM 1 2 3 4 5 6 描述 负输入求和节点1 正输出反馈1 正电源电压1 负输出反馈2 正输入求和节点2 负输入求和节点2 正输出反馈2 正电源电压2 输出共模电压2 正输出2 负输出2 掉电引脚2 负电源电压2 输出共模电压1 正输出1 负输出1 掉电引脚1 负电源电压1 负输出反馈1 正输入求和节点1 Rev. 0 | Page 8 of 24 07429-006 11 –OUT TOP VIEW (Not to Scale) +VS 7 ADA4939-1 –IN 3 +VS 6 +IN 2 +FB 4 –IN1 +FB1 +VS1 +VS1 –FB2 +IN2 –IN2 +FB2 +VS2 +VS2 VOCM2 +OUT2 PIN 1 INDICATOR 07429-005 –FB 1 15 –VS 14 –VS 16 –VS 引脚配置和功能描述 ADA4939-1/ADA4939-2 典型性能参数 除非另有说明，TA = 25°C，+VS = 5 V，−VS = 0 V，VOCM = +VS /2，RG = 200 Ω，RF = 402 Ω，RT = 60.4 Ω，G = 1, RL, dm = 1 kΩ。 测试设置参见图39。信号定义参见图42。 2 –4 –6 –8 –10 RG = 200Ω, RT = 60.4Ω RG = 127Ω, RT = 66.3Ω RG = 80.6Ω, RT = 76.8Ω G = +2.00 G = +3.16 G = +5.00 –12 –14 1 10 100 1k FREQUENCY (MHz) –2 –4 –6 –8 –10 –14 1 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) 0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 VS = 3.3V VS = 5.0V –11 –12 1 10 100 1k FREQUENCY (MHz) –4 –6 –8 –10 VS = 3.3V VS = 5.0V NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –40°C +25°C +105°C 1 0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –40°C +25°C +105°C –10 –11 10 100 FREQUENCY (MHz) 1k –12 07429-009 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) –2 1 VOUT, dm = 2V p-p 2 0 –12 100 FREQUENCY (MHz) 3 –1 –11 10 图11. 不同电源下的大信号频率响应 1 –10 1k –2 1 VOUT, dm = 100mV p-p 2 1k 0 图8. 不同电源下的小信号频率响应 3 1k VOUT, dm = 2V p-p –12 07429-008 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) 2 1 –10 100 图10. 不同增益下的大信号频率响应 VOUT, dm = 100mV p-p 2 10 FREQUENCY (MHz) 图7. 不同增益下的小信号频率响应 3 RG = 200Ω, RT = 60.4Ω RG = 127Ω, RT = 66.3Ω RG = 80.6Ω, RT = 76.8Ω G = +2.00 G = +3.16 G = +5.00 –12 07429-010 –2 VOUT, dm = 2V p-p 0 07429-011 0 07429-012 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) VOUT, dm = 100mV p-p 07429-007 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) 2 1 10 100 FREQUENCY (MHz) 图12. 不同温度下的大信号频率响应 图9. 不同温度下的小信号频率响应 Rev. 0 | Page 9 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 RL = 1kΩ RL = 200Ω –12 1 0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –10 RL = 1kΩ RL = 200Ω –11 10 100 –12 1k FREQUENCY (MHz) 1 –55 VOUT, dm = 2V p-p –60 HARMONIC DISTORTION (dBc) VOCM GAIN (dB) 3 0 –3 –6 VOCM = 1.0V VOCM = 3.9V VOCM = 2.5V HD2, HD3, HD2, HD3, HD2, HD3, –65 –70 –75 –80 10 100 1k FREQUENCY (MHz) –85 –90 –95 –100 –105 –115 1 0.3 –70 HARMONIC DISTORTION (dBc) –65 0.2 0.1 0 –0.1 –0.3 RL = 1kΩ OUT1 RL = 1kΩ OUT2 –0.4 1 10 VOUT, dm = 2V p-p VS = ±2.5V HD2, HD3, HD2, HD3, –75 RL, dm = 1kΩ RL, dm = 1kΩ RL, dm = 200Ω RL, dm = 200Ω –80 –85 –90 –95 –100 –105 RL = 200Ω OUT1 RL = 200Ω OUT2 –0.5 100 FREQUENCY (MHz) 1k 07429-020 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) –60 VOUT, dm = 100mV p-p –0.2 100 图17. 不同增益下谐波失真与频率的关系 0.4 RL = 1kΩ RL = 200Ω 10 FREQUENCY (MHz) 图14. 不同直流电平下的VOCM 小信号频率响应 0.5 G=2 G=2 G = 3.16 G = 3.16 G=5 G=5 –110 07429-019 1 1k 图16. 不同负载下的大信号频率响应 VOUT, dm = 100mV p-p –9 100 FREQUENCY (MHz) 图13. 不同负载下的小信号频率响应 6 10 07429-022 –11 1 07429-016 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) 0 –1 –10 VOUT, dm = 2V p-p 2 1 07429-013 NORMALIZED CLOSED-LOOP GAIN (dB) 3 VOUT, dm = 100mV p-p 2 图15. 不同负载下的0.1 dB平坦度小信号响应 –110 1 10 100 FREQUENCY (MHz) 图18. 不同负载下谐波失真与频率的关系 Rev. 0 | Page 10 of 24 07429-023 3 ADA4939-1/ADA4939-2 图19. 不同电源下谐波失真与频率的关系 图22. 谐波失真与VOUT, dm 和电源电压的关系，f = 10 MHz 图20.不同频率下谐波失真与VOCM 的关系 图23. 70 MHz交调失真 图21.不同频率下谐波失真与VOCM 的关系 图24. CMRR与频率的关系 Rev. 0 | Page 11 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 VOUT, dm = HD2, VOUT, dm = HD3, VOUT, dm = HD2, VOUT, dm = HD3, –70 –30 VS = ±1.65V = 1V p-p = 1V p-p = 2V p-p = 2V p-p RL, dm = 200Ω –35 –40 OUTPUT BALANCE (dB) –80 –90 –100 –45 –50 –55 –60 –110 100 –70 FREQUENCY (MHz) 1 10 图25. 不同输出电压下谐波失真与频率的关系 –30 图28. 输出平衡与频率的关系 70 RL, dm = 200Ω 100 GAIN 60 –40 50 0 50 –50 PHASE 40 –60 GAIN (dB) PSRR (dB) 1k 100 FREQUENCY (MHz) –70 –50 –100 30 –150 20 –80 –200 10 –90 –250 1 10 100 1k FREQUENCY (MHz) 07429-031 0 –100 –300 –10 0.01 0.1 0 10 100 –350 10k 1k 图29. 开环增益和相位与频率的关系 8 RL, dm = 200Ω 6 –10 4 VOLTAGE (V) –15 –20 S22 –25 S11 –30 –35 2 0 –2 VOUT –4 –40 –6 –45 VIN × 3.16V –50 1 10 100 FREQUENCY (MHz) 1k 07429-032 S-PARAMETERS (dB) 1 FREQUENCY (MHz) 图26. PSRR与频率的关系，RL = 200 Ω –5 PHASE (Degrees) 10 07429-034 1 07429-027 –120 07429-030 –65 –8 0 10 20 30 40 TIME (ns) 图30. 过驱恢复(G = 3.16) 图27. 回损(S11, S22)与频率的关系 Rev. 0 | Page 12 of 24 50 60 07429-035 HARMONIC DISTORTION (dBc) –60 ADA4939-1/ADA4939-2 图31. 不同负载下无杂散动态范围与频率的关系 图34. ADA4939-2串扰与频率的关系 图32. 小信号脉冲响应 图35. 大信号脉冲响应 图33. VOCM 小信号脉冲响应 图36. VOCM 大信号脉冲响应 Rev. 0 | Page 13 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 3.5 1k RL, dm = 200Ω VOUT, dm 2.5 2.0 PD 1.5 1.0 0.5 100 10 –0.5 0 100 200 300 400 500 600 TIME (ns) 700 800 900 1000 图37. PD响应时间 1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 图38. 电压频谱噪声密度，RTI Rev. 0 | Page 14 of 24 1M 10M 07429-045 0 07429-043 VOLTAGE (V) INPUT VOLTAGE NOISE (nV/ Hz) 3.0 ADA4939-1/ADA4939-2 测试电路 图39. 等效基本测试电路，G = 2 图40. 输出平衡的测试电路，CMRR 图41. 失真测量的测试电路 Rev. 0 | Page 15 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 工作描述 共模电压 术语定义 共模电压指两个节点电压的平均值。输出共模电压定义为 –FB RG +IN –OUT VOCM –DIN VOUT, cm = (V+OUT + V−OUT)/2 RF ADA4939 RG R F +OUT –IN +FB 平衡 RL, dm VOUT, dm 输出平衡衡量差分信号的幅度相等的程度和相位相反的程 07429-049 +DIN 度。确定输出平衡的最简单方法是在差分电压节点之间放 图42. 电路定义 置一个匹配良好的电阻分压器，并将分压器中点的信号幅 差分电压 度与差分信号的幅度进行比较(见图39)。根据这种定义， 差分电压指两个节点电压之差。例如，输出差分电压(亦 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 称输出差模电压)定义为： 度。 VOUT, dm = (V+OUT − V−OUT) 输出平衡误差 = 其中，V+OUT和V−OUT分别指+OUT引脚和−OUT引脚相对于 同一基准电压的电压。 Rev. 0 | Page 16 of 24 VOUT , cm VOUT , dm ADA4939-1/ADA4939-2 工作原理 ADA4939与常规运算放大器不同，它有两个电压反向的输 设置闭环增益 出和一个附加输入VOCM。与运算放大器类似，它通过高开 图42所示电路的差模增益可由下式决定： 环增益和负反馈强制这些输出达到所期望的电压。 ADA4939很像标准电压反馈型运算放大器，支持单端到差 分转换、共模电平转换和差分信号放大。与运算放大器类 似，ADA4939也有高输入阻抗和低输出阻抗。由于使用电 假定各端的输入电阻(RG)和反馈电阻(RF)相等。 增益≥2时性能稳定 压反馈，ADA4939表现为标称恒定增益带宽积。 采用两个反馈环路来控制差分和共模输出电压。外部电阻 设定的差分反馈只控制差分输出电压。共模反馈控制共模 当差分增益<2时，ADA4939频率响应会出现过多的峰化； 因此，该器件工作时的差分增益应≥2。 输出电压。这种架构可以很容易地将输出共模电平设为规 估算输出噪声电压 定范围内的任意值。输出共模电压由内部共模反馈环路强 ADA4939的差分输出噪声可以用图43中的噪声模型估算。 制设定，等于VOCM的输入电压。 折合到输入端的噪声电压密度vnIN以差分输入建模，噪声 内部共模反馈环路产生的输出在较宽的频率范围内保持高 电流inIN−和inIN+出现在每个输入与地之间。vnIN对应的输出 度平衡，无需紧密匹配的外部元件。这使差分输出非常接 电压为vnIN乘以噪声增益GN(由下面的GN公式确定)。噪声 近理想状态，幅度相同，相位相差恰好180°。 电流与相同的均方值无关，其产生的输出电压等于噪声电 应用电路分析 vnCM。当反馈网络的反馈因子相同时(正如大多数情况)， 流乘以相应的反馈电阻。V OCM 引脚的噪声电压密度为 ADA4939使用高开环增益和负反馈来强制设定其差分和共 模输出电压，使差分和共模误差电压降到最低。差分误差 电压定义为差分输入+IN和−IN之间的电压(见图42)。在多 由 v nCM 产 生 的 输 出 噪 声 是 共 模 的 。 四 个 电 阻 每 个 产 生 (4kTRxx)1/2的噪声。来自反馈电阻的噪声直接出现在输出 端，来自增益电阻的噪声乘以RF/RG后出现在输出端。表 数应用中，可以假设此电压为0。同样，实际输出共模电 11总结了输入噪声源、倍增系数和折合到输出端噪声密度 压与VOCM上的电压之差也可以假设为0。从这两个假设出 项。 发，可以任意分析任何应用电路。 VnRG1 RG1 VnRF1 RF1 inIN+ + inIN– VnIN ADA4939 VnOD VnRG2 RG2 RF2 VnCM VnRF2 图43. 噪声模型 Rev. 0 | Page 17 of 24 07429-050 VOCM ADA4939-1/ADA4939-2 表11. 匹配反馈网络输出噪声电压密度的计算 输入噪声源 差分输入 反相输入 同相输入 VOCM输入 增益电阻RG1 增益电阻RG2 反馈电阻RF1 反馈电阻RF2 输入噪声项 vnIN inIN inIN vnCM vnRG1 vnRG2 vnRF1 vnRF2 输入噪声电压密度 vnIN inIN × (RF2) inIN × (RF1) vnCM (4kTRG1)1/2 (4kTRG2)1/2 (4kTRF1)1/2 (4kTRF2)1/2 输出倍增因子 GN 1 1 0 RF1/RG1 RF2/RG2 1 1 差分输出噪声电压密度项 vnO1 = GN(vnIN) vnO2 = (inIN)(RF2) vnO3 = (inIN)(RF1) vnO4 = 0 vnO5 = (RF1/RG1)(4kTRG1)1/2 vnO6 = (RF2/RG2)(4kTRG2)1/2 vnO7 = (4kTRF1)1/2 vnO8 = (4kTRF2)1/2 表12. 差分输入、直流耦合 RF (Ω) 402 402 402 标称增益(dB) 6 10 14 RG (Ω) 200 127 80.6 RIN, dm (Ω) 400 254 161 差分输出噪声密度(nV/√Hz) 9.7 12.4 16.6 表13. 以地为参考的单端输入、直流耦合，RS = 50 Ω RF (Ω) 402 402 402 标称增益(dB) 6 10 14 1 RG1 (Ω) 200 127 80.6 RT (Ω) 60.4 66.5 76.8 RIN, cm (Ω) 301 205 138 RG2 (Ω)1 228 155 111 差分输出噪声密度(nV/√Hz) 9.1 11.1 13.5 RG2 = RG1 + (RS||RT). 与常规运算放大器类似，可通过用折合到输入端(+IN和 反馈网络失配的影响 –IN)的误差项乘以合适的输出因子来估算输出噪声电压密 前面提到，即使外部反馈网络(RF/RG)不匹配，内部共模反 度。 馈环路仍然会强制输出保持平衡。每个输出端的信号幅度 其中： 保持相等，相位相差180°。输入到输出的差模增益变化与 反馈的不匹配成比例，但输出平衡不受影响。 是电路噪声增益。 从VOCM引脚到VO, dm的增益等于 和 2(β1 − β2)/(β1 + β2) 是反馈因子。 当β1 = β2时，该项变为零，VOCM输入端的电压(包括噪声) 当反馈因子匹配时，RF1/RG1 = RF2/RG2，β1 = β2 = β，噪声增 不产生差分输出电压。当一个环路断开而另一个有100% 益为 反馈时会出现极端情况；此时，从VOCM输入端到VO, dm的增 益是+2或−2，这取决于哪个环路是闭合的。在大多数应用 中，反馈环路标称匹配到1%范围内，VOCM输入产生的输 注意，此时VOCM的输出噪声为零。总差分输出噪声密度 出噪声和失调可忽略不计。如果故意让环路出现很大程度 vnOD是各输出噪声项的方和根。 的不匹配，就有必要包含从VOCM到VO, dm的增益项，并考虑 额外的噪声。例如，如果β1 = 0.5，β2 = 0.25，则从VOCM到 VO, dm的增益为0.67。如果VOCM引脚设为2.5 V，输出就会出 表12和表13列出了几个平衡及非平衡输入配置常用的增益 现(2.5 V)(0.67) = 1.67 V的差分失调电压。差分输出噪声贡 设置、相关电阻值、输入阻抗和输出噪声密度。 献为(7.5 nV/√Hz)(0.67) = 5 nV/√Hz。在大多数应用中都不 希望看到这两种结果；因此，最好使用标称匹配的反馈因 子。 Rev. 0 | Page 18 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 不匹配的反馈网络还会导致电路抑制输入共模信号的能力 该电路的有效输入阻抗高于作为反相放大器连接的常规运 降低，非常类似于使用常规运算放大器制成的四电阻差动 算放大器，因为一小部分差分输出电压在输入端表现为共 放大器。 模信号，从而部分增高了输入电阻RG两端的电压。放大器 这里对以上问题做一个实用的总结，1%容差的电阻会产 生约40 dB的输入CMRR(最差情况)，2.5 V VOCM输入会产生 25 mV的差模输出失调(最差情况)，这几乎不会影响VOCM噪 声，也不会对输出平衡误差造成明显恶化。 电路的有效输入阻抗取决于放大器是由单端信号源驱动， 还是由差分信号源驱动。对于平衡差分输入信号(如图44 所示)，两个输入端(+DIN和−DIN)之间的输入阻抗(RIN, dm)为： RIN, dm = 2 × RG。 RG 单端输入的端接 本部分说明如何将单端输入适当地端接至ADA4939，其增 益为2，RF = 400 Ω, and RG = 200 Ω。通过端接输出电压为1 Vp-p、源电阻为50 Ω的输入源为例来说明必须遵守的四个 显示了这个开路电压。 +VS +IN 1. 输入阻抗根据下式计算： VOUT, dm –IN RF 07429-051 –DIN 现在两个输入端，并与输入信号同相，因此会降低上环路 所以信号源的开路输出电压为2 Vp-p。图46所示的信号源 ADA4939 VOCM 器由下环路中的RF和RG组成。由于负压反馈，这个电压出 简单步骤。注意，由于端接后信号源输出电压为1 Vp-p， RF +DIN 电压等于由电阻分压器分压的同相输出电压，该电阻分压 中RG上的有效电压，部分增高RG电阻。 计算应用电路的输入阻抗 RG 输入端的共模电压可以很容易确定，只要注意反相输入端 图44. 针对平衡(差分)输入的ADA4939配置 对于非平衡单端输入信号(见图45)，输入阻抗为 图46. 计算单端输入阻抗RIN 图45. 非平衡(单端)输入的ADA4939 Rev. 0 | Page 19 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 2. 为了与50 Ω源阻抗匹配，计算端接电阻RT时使用RT||300 需要指出端接输入的两点影响。第一，两个环路中的 RG值均提高，这会降低总闭环增益。第二，如果RT = 50 Ω = 50 Ω。最接近的RT的1%标准电阻值为60.4 Ω。 Ω，则VTH的值略大于1 V p-p。这两点影响对输出电压 的作用相反，对于反馈环路中的大电阻值(约1 kΩ)，影 响会相互抵消。但对于小RF和RG，减小的闭环增益不 能通过增加的VTH完全消除。通过估算图49就可以明白 这一点。 在本例中，期望的差分输出是2 Vp-p，因为端接的输入 信号是1 Vp-p，闭环增益是2。然而，实际的差分输出电 压等于(1.09 V p-p)(400/227.4) = 1.92 Vp-p。为了获得期 望的2 Vp-p输出电压，可以通过增加RF来实现最终的增 图47. 添加端接电阻RT 益调整，而不需要更改任何输入电路。这在第4步中讨 3. 图47表明，由于添加了端接电阻，现在上反馈环路中的 有效RG大于下环路中的RG。为了补偿增益电阻的不平 衡性，需要添加一个校正电阻(RTS)，并使其与下环路中 的RG串联。RTS是源电阻RS和端接电阻RT的戴维宁等效 值，等于RS||RT。 论。 4. 作为最终的增益调整，改变反馈电阻值可以获得期望 的输出电压。 若要使输出电压VOUT = 2 Vp-p，请用以下公式计算RF： 最接近417 Ω的标准1 %电阻值为412 Ω和422 Ω。 Choos- 图48. 计算戴维宁等效值 RTS = RTH = RS||RT = 27.4 Ω。注意，通过RT = 50 Ω得到的 VTH大于1 Vp-p。经调整的电路如图49所示，它具有端接 ing 422 Ω gives a differential output voltage of 2.02 V p-p. 最终电路如图50所示。 信号源的戴维宁等效值和下反馈环路中的Rts。 图50. 端接的单端转差分系统，G = 2 图49. 戴维宁等效值和匹配的增益电阻 图49展示了具有匹配反馈环路的易管理电路，可以轻松 地对它进行评估。 Rev. 0 | Page 20 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 输入共模电压范围 设置输出共模电压 相对于其它具有电平转换输入范围的ADC驱动器(例如 ADA4939 的VOCM引脚通过分压器进行内部偏置，该分压器 ADA4937)来说，ADA4939的输入共模范围位于两个供电 包含两个20 kΩ电阻，接头电压约等于电源电压的中点值 轨中心。居中的输入共模范围最适于交流耦合、差分转差 [(+VS) + (−VS)]/2。由于有内部分压器，VOCM引脚根据外部 分以及双电源应用。 施加的电压及其相关的源电阻产生源电流和吸电流。使用 对于5 V单电源工作电压，在放大器求和节点的输入共模范 该内部偏置得到的输出共模电压与预期值的偏差在100 mV 围是1.1 V至3.9 V；对于3.3 V电源，其范围是0.9 V至2.4 V。 之内。 为了避免非线性，在+IN和−IN端的电压摆幅必须符合该 对于需要对输出共模电平进行更精确控制的情况，建议使 范围。 用外部源或电阻分压器，其中源电阻小于100 Ω。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 输入和输出容性交流耦合 在信号源和RG之间可以插入输入交流耦合电容。该交流耦 源驱动。 合会阻止直流共模反馈电流，使ADA4939直流输入共模电 也可以将VOCM输入连接到ADC的共模电平(CML)输出。然 压等于直流输出共模电压。两个环路中均必须放置这些交 而，必须注意确保输出有足够的驱动能力。VOCM引脚的输 流耦合电容，以保持反馈因子匹配。 入阻抗约为10 kΩ。如果多个ADA4939器件共用一个基准输 输出交流耦合电容可以串联在各输出与其对应的负载之 出，建议使用缓冲器。 间。图54给出了一个使用输入和输出容性交流耦合的例 子。 RG最小值为50 Ω 由于ADA4939的宽带宽，RG值必须大于或等于50 Ω，以便 在放大器前端提供充分阻尼。在端接情形下，RG包括源端 接和负载端接的戴维宁电阻。 Rev. 0 | Page 21 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 布局布线、接地和旁路 ADA4939作为高速器件，对其所工作的PCB环境非常敏 在尽可能靠近器件处将电源引脚直接旁路到附近的接地 感。要实现其优异的性能，必须注意高速PCB设计的细 层。应使用高频陶瓷芯片电容。每个电源推荐使用两个并 节。本部分给出了ADA4939-1的一个详细设计示例。 联旁路电容(1000 pF和0.1 μF)。1000 pF电容应离器件更近。 第一个要求是实心地层应尽可能覆盖ADA4939-1所在的电 在较远的地方，应利用10 μF钽电容在每个电源到地之间提 路板区域。然而，反馈电阻(RF)、增益电阻(RG)和输入求 供低频旁路。 和节点(引脚2和引脚3)附近的区域都不能有接地层和电源 信号路径应该短而直接，避免寄生效应。在互补信号存在 层(见图51)。在这些节点处清除接地和电源层可以将杂散 的地方，应提供对称布局以提高平衡性能。当差分信号经 电容降到最低，防止高频时放大器响应发生峰化现象。 过较长路径时，PCB走线应相互靠近，并将差分线路缠绕 在一起，尽量降低环路面积。这样做可以降低辐射能量， 热阻θJA的测量条件是将器件(包括裸露焊盘)焊接到高导热 并使电路不容易受干扰影响。 性四层电路板上，如EIA/JESD 51-7所述。 1.30 0.80 07429-059 07429-058 1.30 0.80 图51. RF 和RG 附近的接地和电源层的露空 图52. 推荐的PCB热焊盘尺寸(毫米) 1.30 TOP METAL GROUND PLANE 0.30 PLATED VIA HOLE 07429-060 POWER PLANE BOTTOM METAL 图53. 四层PCB横截面：散热过孔连接到底下的接地层(尺寸单位：毫米) Rev. 0 | Page 22 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 高性能ADC驱动 ADA4939非常适合单电源供电的宽带交流耦合和差分转差 本例中，当端接50 Ω电阻时，信号发生器具有 1V p-p、以 分应用。 地电压为参考的对称双极性输出。为了降低噪声， 图54中的电路显示了ADA4939驱动AD9445的前端连接， ADA4939的VOCM引脚被旁路并保持悬空，这样内部分压器 后者是一款14位、105 MSPS ADC，ADA4939的输入和输 出端使用交流耦合。(采用差分驱动时，AD9445能够实现 最佳性能。)ADA4939可以实现单端到差分转换和驱动信 号缓存等功能，而不需要使用变压器来驱动ADC。 入为交流耦合，因此无直流共模电流流入反馈环路，中间 电源电压的标称直流电平出现在放大器的输入端。交流耦 合技术除了能将放大器输入端置于最佳电平以外，还能减 轻放大器的负载，使功耗低于直流耦合输入的应用。输出 ADA4939采用5 V单电源供电，并针对单端输入转差分输出 将增益配置为2。60.4 Ω端接电阻与约300 Ω的单端输入阻抗 并联，为信号源提供50 Ω端接电阻。反相输入端附加的 27.4 Ω(总共227.4 Ω)电阻可平衡50 Ω信号源与驱动同相输 入的端接电阻的并联阻抗。 可以将输出共模电压标称值设置为中间电源电压。由于输 共模电压标称值为2.5 V时，ADA4937各输出的摆幅在2.0 V 和3.0 V之间，向ADC输入端提供增益为2、2 V p-p的差分 信号。 放大器的输出端通过一个截止频率为100 MHz的二阶低通 滤波器交流耦合至ADC，这可降低放大器的噪声带宽，并 将驱动器输出与ADC输入隔离。 将SENSE引脚连接到AGND，可以将AD9445配置为2 Vp-p 的满量程输入，如图54所示。 图54. ADA4939驱动AD9445 ADC，交流耦合输入和输出 Rev. 0 | Page 23 of 24 ADA4939-1/ADA4939-2 外形尺寸 3.00 BSC SQ 0.60 MAX 0.45 PIN 1 INDICATOR 0.50 0.40 0.30 13 12 2.75 BSC SQ TOP VIEW 9 (BOTTOM VIEW) 4 8 5 0.25 MIN 1.50 REF 0.80 MAX 0.65 TYP 12° MAX *1.45 1.30 SQ 1.15 1 EXPOSED PAD 0.50 BSC 1.00 0.85 0.80 16 PIN 1 INDICATOR 0.05 MAX 0.02 NOM SEATING PLANE 0.30 0.23 0.18 0.20 REF *COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-220-VEED-2 EXCEPT FOR EXPOSED PAD DIMENSION. 图55. 16引脚LFCSP_VQ[引脚架构芯片级]封装 3 mm x 3 mm超薄体(CP-16-2) 图示尺寸单位：mm 0.60 MAX 4.00 BSC SQ PIN 1 INDICATOR 0.60 MAX TOP VIEW 0.50 BSC 3.75 BSC SQ 0.50 0.40 0.30 1.00 0.85 0.80 12° MAX SEATING PLANE 0.80 MAX 0.65 TYP 0.30 0.23 0.18 PIN 1 INDICATOR 24 1 19 18 2.25 2.10 SQ 1.95 EXPOSED PAD (BOTTOM VIEW) 13 12 7 6 0.25 MIN 2.50 REF 0.05 MAX 0.02 NOM 0.20 REF COPLANARITY 0.08 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-220-VGGD-2 图56. 24引脚LFCSP_VQ[引脚架构芯片级]封装 4 mm x 4 mm超薄体(CP-24-1) 图示尺寸单位：mm 订购指南 型号 ADA4939-1YCPZ-R2 1 ADA4939-1YCPZ-RL1 ADA4939-1YCPZ-R71 ADA4939-2YCPZ-R21 ADA4939-2YCPZ-RL1 ADA4939-2YCPZ-R71 1 温度范围 −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C 封装描述 16引脚 LFCSP_VQ 16引脚 LFCSP_VQ 16引脚 LFCSP_VQ 24引脚 LFCSP_VQ 24引脚 LFCSP_VQ 24引脚 LFCSP_VQ Z = 符合RoHS标准的器件。 ©2008 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D07429sc-0-5/08(0) Rev. 0 | Page 24 of 24 封装 CP-16-2 CP-16-2 CP-16-2 CP-24-1 CP-24-1 CP-24-1 订购数量 250 5,000 1,500 250 5,000 1,500 标识 H1E H1E H1E