中文数据手册

低失真差分ADC驱动器
AD8138
特性
可调输出共模电压
外部可调增益
–IN 1
8
+IN
VOCM 2
7
NC
V+ 3
6
V–
5
–OUT
+OUT 4
低谐波失真
无杂散动态范围(SFDR)：−94 dBc (5 MHz)
NC = NO CONNECT
图1.
无杂散动态范围(SFDR)：−85 dBc (20 MHz)
典型应用电路
−3 dB带宽：320 MHz (G = +1)
0.01%快速建立时间：16 ns
失调电压：1 mV(典型值)
499Ω
VIN
499Ω
+
VOCM
499Ω
宽电源电压范围：+3 V至±5 V
AIN
AVDD
DVDD
DIGITAL
OUTPUTS
ADC
AD8138
AIN
–
AVSS
VREF
01073-002
低输入电压噪声：5 nV/√Hz
5V
5V
压摆率：1150 V/μs
快速过驱恢复：4 ns
AD8138
01073-001
引脚配置
易于使用，单端至差分转换
499Ω
低功耗：90 mW (5 V)
图2.
0.1 dB增益平坦度达40 MHz
提供8引脚SOIC和MSOP封装
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
概述
相对于运算放大器，AD8138在差分信号处理方面取得了重
AD8138无需使用变压器去驱动具有高性能ADC，并保留
大进步。AD8138可以用作单端至差分放大器或差分至差分
低频和直流信息。在VOCM引脚上施加电压便可调整差分
放大器。它像运算放大器一样易于使用，并且大大简化了
输出的共模电平，从而可轻松实现电平转换去驱动单电源
差分信号放大与驱动。该器件采用ADI公司的专有XFCB双
ADC的输入。快速过载恢复则可确保采样精度。
极性工艺制造，-3 dB带宽为320 MHz，提供差分信号，谐
AD8138拥有良好的失真性能，堪称通信系统的理想ADC
波失真在现有差分放大器中最低。AD8138具有独特的内部
驱动器，足以在较高频率条件下驱动最新型的10位至16位
反馈特性，可以提供输出增益和相位匹配平衡，从而抑制
转换器。高带宽和IP3特性使它适合用作中频及基带信号
偶数阶谐波。内部反馈电路则可以使外部增益设置电阻不
链中的增益模块。出色的失调和动态性能则使该器件特别
匹配的任何相关增益误差最小。
适合各种信号处理与数据采集应用。
AD8138的差分输出有助于平衡差分ADC的输入，使ADC
AD8138提供SOIC和MSOP两种封装，工作温度范围为−
性能达到最高。
40°C至+85°C。
Rev. F
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
©2006 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。
AD8138
目录
特性......................................................................................................1
工作原理 .......................................................................................... 17
应用......................................................................................................1
应用电路分析 ............................................................................ 17
引脚配置 .............................................................................................1
设置闭环增益 ............................................................................ 17
典型应用电路 ....................................................................................1
估算输出噪声电压 ................................................................... 17
概述......................................................................................................1
反馈网络失配的影响............................................................... 18
修订历史 .............................................................................................2
计算应用电路的输入阻抗 ...................................................... 18
技术规格 .............................................................................................3
单电源应用中的输入共模电压范围 .................................... 18
±DIN至±OUT规格........................................................................3
设置输出共模电压 ................................................................... 18
VOCM至±OUT规格 .......................................................................4
驱动容性负载 ............................................................................ 18
±DIN至±OUT规格........................................................................5
布局布线、接地和旁路................................................................ 19
VOCM至±OUT规格 .......................................................................6
平衡变压器驱动器 ........................................................................ 20
绝对最大额定值................................................................................7
高性能ADC驱动 ............................................................................ 21
热阻 ................................................................................................7
3 V工作............................................................................................. 22
ESD警告.........................................................................................7
外形尺寸 .......................................................................................... 23
引脚配置和功能描述 .......................................................................8
订购指南..................................................................................... 23
典型工作特性 ....................................................................................9
测试电路 .......................................................................................... 15
工作描述 .......................................................................................... 16
术语定义..................................................................................... 16
修订历史
2002年7月—修订版C至修订版D
2006年1月—修订版E至修订版F
增加TPC 35和TPC 36.......................................................................8
更改特性部分 ....................................................................................1
2001年6月—修订版B至修订版C
增加“热阻”部分和“最大功耗”部分 ..............................................7
更改“平衡变压器驱动器”部分 ................................................... 20
更改订购指南部分 ........................................................................ 23
编辑技术规格部分 ...........................................................................2
编辑订购指南部分 ...........................................................................4
2000年12月—修订版A至修订版B
2003年3月—修订版D至修订版E
1999年9月—修订版0至修订版A
更改技术规格 ....................................................................................2
1999年3月—修订版0：初始版
更改订购指南部分 ...........................................................................4
更改TPC 16 ........................................................................................6
更改表I................................................................................................9
表I后新增段落................................................................................ 10
更新外形尺寸部分 ........................................................................ 14
Rev. F | Page 2 of 24
AD8138
技术规格
±DIN至±OUT规格
除非另有说明，TA =25°C，VS = ±5 V，VOCM = 0，G = +1，RL, dm = 500 Ω。测试设置和标签说明参见图39。除非另有说明，
所有规格适用于单端输入、差分输出。
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
建立时间
过驱恢复时间
噪声/谐波性能1
二次谐波
三次谐波
IMD
IP3
电压噪声(RTI)
输入电流噪声
输入特性
失调电压
条件
最小值 典型值
VOUT = 0.5 V p-p, CF = 0 pF
VOUT = 0.5 V p-p, CF = 1 pF
VOUT = 0.5 V p-p, CF = 0 pF
VOUT = 2 V p-p, CF = 0 pF
VOUT = 2 V p-p, CF = 0 pF
0.01%, VOUT = 2 V p-p, CF = 1 pF
VIN = 5 V至0 V步进，G = +2
290
VOUT = 2 V p-p, 5 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 20 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 70 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 5 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 20 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 70 MHz, RL, dm = 800 Ω
20 MHz
20 MHz
f = 100 kHz至40 MHz
f = 100 kHz至40 MHz
VOS, dm = VOUT, dm/2; VDIN+ = VDIN− = VOCM = 0 V
TMIN至TMAX变化
输入偏置电流
输入电阻
输入电容
输入共模电压
CMRR
输出特性
输出电压摆幅
输出电流
输出平衡误差
1
TMIN至TMAX变化
差分
共模
∆VOUT, dm/∆VIN, cm; ∆VIN, cm = ±1 V
最大∆VOUT; 单端输出
∆VOUT, cm/∆VOUT, dm; ∆VOUT, dm = 1 V
RL, dm值较高时，谐波失真性能相当或略差。更多信息参见图17和图18。
Rev. F | Page 3 of 24
−2.5
最大值 单位
320
225
30
265
1150
16
4
MHz
MHz
MHz
MHz
V/µs
ns
ns
−94
−87
−62
−114
−85
−57
−77
37
5
2
dBc
dBc
dBc
dBc
dBc
dBc
dBc
dBm
nV/√Hz
pA/√Hz
±1
±4
3.5
−0.01
6
3
1
−4.7至+3.4
−77
7.75
95
−66
+2.5
7
−70
mV
µV/°C
µA
µA/°C
MΩ
MΩ
pF
V
dB
V p-p
mA
dB
AD8138
VOCM至±OUT规格
除非另有说明，TA =25°C，VS = ±5 V，VOCM = 0，G = +1，RL, dm = 500 Ω。测试设置和标签说明参见图39。除非另有说明，
所有规格适用于单端输入、差分输出。
表2.
参数
动态性能
−3 dB带宽
压摆率
输入电压噪声(RTI)
直流性能
输入电压范围
输入电阻
输入失调电压
输入偏置电流
VOCM CMRR
增益
电源
工作范围
静态电流
电源抑制比
工作温度范围
条件
最小值
f = 0.1 MHz至100 MHz
VOS, cm = VOUT, cm; VDIN+ = VDIN– = VOCM = 0 V
–3.5
∆VOUT, dm/∆VOCM; ∆VOCM = ±1 V
∆VOUT, cm/∆VOCM; ∆VOCM = ±1 V
0.9955
±1.4
18
TMIN至TMAX变化
∆VOUT, dm/∆VS; ∆VS = ±1 V
−40
Rev. F | Page 4 of 24
典型值
最大值
单位
250
330
17
MHz
V/µs
nV/√Hz
±3.8
200
±1
0.5
−75
1
V
kΩ
mV
µA
dB
V/V
20
40
−90
+3.5
1.0045
±5.5
23
−70
+85
V
mA
µA/°C
dB
°C
AD8138
±DIN至±OUT规格
除非另有说明，TA =25°C，VS = 5 V，VOCM = 2.5 V，G = +1，RL, dm = 500 Ω。测试设置和标签说明参见图39。除非另有说明，
所有规格适用于单端输入、差分输出。
表3.
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
建立时间
过驱恢复时间
噪声/谐波性能1
二次谐波
三次谐波
IMD
IP3
电压噪声(RTI)
输入电流噪声
输入特性
失调电压
条件
最小值 典型值
VOUT = 0.5 V p-p, CF = 0 pF
VOUT = 0.5 V p-p, CF = 1 pF
VOUT = 0.5 V p-p, CF = 0 pF
VOUT = 2 V p-p, CF = 0 pF
VOUT = 2 V p-p, CF = 0 pF
0.01%, VOUT = 2 V p-p, CF = 1 pF
VIN = 2.5 V至0 V步进，G = +2
280
VOUT = 2 V p-p, 5 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 20 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 70 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 5 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 20 MHz, RL, dm = 800 Ω
VOUT = 2 V p-p, 70 MHz, RL, dm = 800 Ω
20 MHz
20 MHz
f = 100 kHz至40 MHz
f = 100 kHz至40 MHz
VOS, dm = VOUT, dm/2; VDIN+ = VDIN– = VOCM = 0 V
TMIN至TMAX变化
输入偏置电流
输入电阻
输入电容
输入共模电压
CMRR
输出特性
输出电压摆幅
输出电流
输出平衡误差
1
TMIN至TMAX变化
差分
共模
∆VOUT, dm/∆VIN, cm; ∆VIN, cm = 1 V
最大∆VOUT; 单端输出
∆VOUT, cm/∆VOUT, dm; ∆VOUT, dm = 1 V
RL, dm值较高时，谐波失真性能相当或略差。更多信息参见图17和图18。
Rev. F | Page 5 of 24
−2.5
最大值 单位
310
225
29
265
950
16
4
MHz
MHz
MHz
MHz
V/µs
ns
ns
−90
−79
−60
−100
−82
−53
−74
35
5
2
dBc
dBc
dBc
dBc
dBc
dBc
dBc
dBm
nV/√Hz
pA/√Hz
±1
±4
3.5
−0.01
6
3
1
−0.3至+3.2
−77
2.9
95
−65
+2.5
7
−70
mV
µV/°C
µA
µA/°C
MΩ
MΩ
pF
V
dB
V p-p
mA
dB
AD8138
VOCM至±OUT规格
除非另有说明，TA =25°C，VS = 5 V，VOCM = 2.5 V，G = +1，RL, dm = 500 Ω。测试设置和标签说明参见图39。除非另有说明，
所有规格适用于单端输入、差分输出。
表4.
参数
动态性能
−3 dB带宽
压摆率
输入电压噪声(RTI)
直流性能
输入电压范围
输入电阻
输入失调电压
输入偏置电流
VOCM CMRR
增益
电源
工作范围
静态电流
电源抑制比
工作温度范围
条件
最小值
f = 0.1 MHz至100 MHz
VOS, cm = VOUT, cm; VDIN+ = VDIN– = VOCM = 0 V
−5
∆VOUT, dm/∆VOCM; ∆VOCM = 2.5 V ±1 V
∆VOUT, cm/∆VOCM; ∆VOCM = 2.5 V ±1 V
0.9968
2.7
15
TMIN至TMAX变化
∆VOUT, dm/∆VS; ∆VS = ± 1 V
−40
Rev. F | Page 6 of 24
典型值
最大值
单位
220
250
17
MHz
V/µs
nV/√Hz
1.0 to 3.8
100
±1
0.5
−70
1
V
kΩ
mV
µA
dB
V/V
20
40
−90
+5
1.0032
11
21
−70
+85
V
mA
µA/°C
dB
°C
AD8138
绝对最大额定值
表5.
参数
电源电压
VOCM
内部功耗
工作温度范围
存储温度范围
引脚温度(焊接10秒)
结温
封装的功耗(PD)为静态功耗与封装中所有输出的负载驱动
额定值
±5.5 V
±VS
550 mW
−40°C至+85°C
−65°C至+150°C
300°C
150°C
所导致的功耗之和，而静态功耗则为电源引脚之间的电压
(VS)乘以静态电流(IS)。负载电流由流至负载的差分电流和
共模电流构成，同时包括流经外部反馈网络和内部共模反
馈环路的电流。共模反馈环路中使用的内部电阻抽头在输
出端应用一个可忽略不计的差分负载。处理交流信号时，
应考察均方根电压和电流。
注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损
气流会降低θJA。此外，更多金属直接与金属走线的封装引
坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其
脚、通孔、接地和电源层接触，这同样可降低θJA。
它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能
图3显示在JEDEC标准4层板上，8引脚SOIC (θJA = 121°C/W)
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。
和8引脚MSOP (θJA = 145°C/W)两种封装的最大安全功耗与
环境温度的关系。θJA值为近似值。
热阻
1.75
封装类型
8引脚 SOIC/4层
8引脚 MSOP/4层
θJA
121
145
单位
°C/W
°C/W
最大功耗
AD8138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，塑料的
特性会发生改变。即使只是暂时超过这一温度限值也会改
变封装对芯片作用的应力，从而永久性地转变AD8138的参
1.50
1.25
1.00
SOIC
0.75
MSOP
0.50
0.25
0
–40 –30 –20 –10
数性能。长时间超过150°C的结温会导致芯片器件出现变
0
10
20
30
40
50
ESD警告
ESD(静电放电)敏感器件。静电电荷很容易在人体和测试设备上累积，可高达4000 V，并可能在没有察
觉的情况下放电。尽管本产品具有专用ESD保护电路，但在遇到高能量静电放电时，可能会发生永久
Rev. F | Page 7 of 24
70
80
图3. 最大功耗与温度的关系
化，因而可能造成故障。
性器件损坏。因此，建议采取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。
60
AMBIENT TEMPERATURE (°C)
90 100 110 120
01073-049
表6.
MAXIMUM POWER DISSIPATION (W)
θJA针对最差条件，即在静止空气中焊接在电路板上的器件。
AD8138
–IN 1
8
+IN
VOCM 2
7
NC
V+ 3
6
V–
5
–OUT
+OUT 4
AD8138
NC = NO CONNECT
01073-004
引脚配置和功能描述
图4. 引脚配置
表7. 引脚功能描述
引脚编号
1
2
引脚名称
−IN
VOCM
3
4
5
6
7
8
V+
+OUT
−OUT
V−
NC
+IN
描述
负输入求和节点。
输入此引脚的电压以1:1的比例设定共模输出电压。例如，若VOCM为1 V直流，则+OUT和–OUT的直流
偏置电平将设为1 V。
正电源电压。
正输出。注意−DIN端的电压在+OUT处反相(见图42)。
负输出。注意+DIN端的电压在−OUT处反相(见图42)。
负电源电压。
不连接。
正输入求和节点。
Rev. F | Page 8 of 24
AD8138
典型工作特性
除非另有说明，G = 1，RG = RF = RL, dm = 499 V，TA = 25°C；测试设置参见图39。
6
6
VIN = 0.2V p-p
CF = 0pF
3
VIN = 2V p-p
CF = 0pF
3
VS = +5V
0
GAIN (dB)
VS = ±5V
–3
–6
0
VS = ±5V
–3
1
10
100
FREQUENCY (MHz)
1000
–9
01073-005
–9
1
图5. 小信号频率响应
10
100
FREQUENCY (MHz)
图8. 大信号频率响应
6
6
VS = ±5V
VIN = 0.2V p-p
VIN = 2V p-p
VS = ±5V
3
3
CF = 0pF
0
GAIN (dB)
CF = 1pF
–3
0
CF = 1pF
–3
–6
–6
1
10
100
FREQUENCY (MHz)
1000
–9
01073-006
–9
1
图6. 小信号频率响应
10
100
FREQUENCY (MHz)
图9. 大信号频率响应
0.5
30
VS = ±5V
VIN = 0.2V p-p
CF = 0pF
G = 10, RF = 4.99kΩ
20
VS = ±5V
CF = 0pF
VOUT, dm = 0.2V p-p
RG = 499Ω
G = 5, RF = 2.49kΩ
GAIN (dB)
0.1
–0.1
10
G = 2, RF = 1kΩ
CF = 1pF
G = 1, RF = 499Ω
0
–0.3
1
10
FREQUENCY (MHz)
100
01073-007
GAIN (dB)
0.3
1000
01073-009
GAIN (dB)
CF = 0pF
–0.5
1000
01073-008
–6
图7. 0.1 dB平坦度与频率的关系
–10
1
10
100
FREQUENCY (MHz)
图10. 不同增益下的小信号频率响应
Rev. F | Page 9 of 24
1000
01073-010
GAIN (dB)
VS = +5V
AD8138
–50
–60
VOUT, dm = 2V p-p
RL = 800Ω
–60
VS = ±5V
RL = 800Ω
HD2 (F = 20MHz)
DISTORTION (dBc)
–70
DISTORTION (dBc)
HD3 (F = 20MHz)
–70
HD2 (VS = +5V)
–80
HD2 (V S = ±5V)
–90
–100
–80
–90
HD2 (F = 5MHz)
–100
HD3 (VS = +5V)
HD3 (F = 5MHz)
–110
–110
10
20
30
40
50
FUNDAMENTAL FREQUENCY (MHz)
60
70
–120
01073-011
0
0
1
2
3
4
5
DIFFERENTIAL OUTPUT VOLTAGE (V p-p)
图11. 谐波失真与频率的关系
–40
–60
VS = 5V
RL = 800Ω
–70
HD2 (F = 20MHz)
DISTORTION (dBc)
HD3 (V S = +5V)
–60
DISTORTION (dBc)
图14. 谐波失真与差分输出电压的关系
VOUT, dm = 4V p-p
RL = 800Ω
–50
6
01073-014
HD3 (VS = ±5V)
–120
–70
HD2 (VS = +5V)
–80
HD2 (V S = ±5V)
–80
HD3 (F = 20MHz)
–90
HD2 (F = 5MHz)
–100
–90
10
20
30
40
50
FUNDAMENTAL FREQUENCY (MHz)
60
70
–120
0
1
2
3
DIFFERENTIAL OUTPUT VOLTAGE (V p-p)
图15. 谐波失真与差分输出电压的关系
图12. 谐波失真与频率的关系
–30
VS = 3V
RL = 800Ω
–70
–50
DISTORTION (dBc)
HD2 (VS = +5V)
–60
HD3 (VS = +5V)
–70
–80
HD3 (VS = ±5V)
–90
HD2 (VS = ±5V)
–100
–4
–3
–2
–1
0
1
VOCM DC OUTPUT (V)
2
3
4
HD3 (F = 20MHz)
HD2 (F = 20MHz)
–80
–90
–100
01073-013
DISTORTION (dBc)
–60
VOUT, dm = 2V p-p
RL = 800Ω
FO = 20MHz
–40
4
01073-015
0
01073-012
–110
HD3 (F = 5MHz)
–110
HD3 (VS = ±5V)
–110
0.25
HD2 (F = 5MHz)
HD3 (F = 5MHz)
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
DIFFERENTIAL OUTPUT VOLTAGE (V p-p)
图16. 谐波失真与差分输出电压的关系
图13. 谐波失真与VOCM 的关系
Rev. F | Page 10 of 24
1.75
01073-016
–100
AD8138
45
–60
RL = 800Ω
VS = 5V
VOUT, dm = 2V p-p
40
HD2 (F = 20MHz)
INTERCEPT (dBm)
DISTORTION (dBc)
–70
–80
HD3 (F = 20MHz)
–90
HD2 (F = 5MHz)
VS = ±5V
35
VS = +5V
30
–100
600
1000
RLOAD (Ω)
1400
1800
图17. 谐波失真与RLOAD 的关系
–60
25
0
20
40
FREQUENCY (MHz)
图20. 三阶交调截点与频率的关系
VS = ±5V
VS = ±5V
VOUT, dm = 2V p-p
–70
VOUT, dm
HD3 (F = 20MHz)
VOUT–
–90
VOUT+
HD2 (F = 5MHz)
–100
V+DIN
HD3 (F = 5MHz)
–110
600
1000
RLOAD (Ω)
1400
5ns
01073-018
1V
–120
200
01073-021
DISTORTION (dBc)
HD2 (F = 20MHz)
–80
80
60
1800
图18. 谐波失真与RLOAD 的关系
图21. 大信号瞬态响应
10
FC = 50MHz
VS = ±5V
CF = 0pF
VOUT, dm = 0.2V p-p
VS = ±5V
–10
CF = 1pF
–50
–90
40mV
–110
49.5
49.7
49.9
50.1
FREQUENCY (MHz)
50.3
50.5
5ns
图19. 交调失真
图22. 小信号瞬态响应
Rev. F | Page 11 of 24
01073-022
–70
01073-019
POUT (dBm)
–30
01073-020
–110
200
01073-017
HD3 (F = 5MHz)
AD8138
VOUT, dm = 2V p-p
CF = 0pF
VS = ±5V
VOUT, dm
VS = +5V
VS = ±5V
F = 20MHz
V+DIN = 8V p-p
G = 3 (RF = 1500)
5ns
4V
30ns
图23. 大信号瞬态响应
图26. 输出过冲
VOUT, dm = 2V p-p
VS = ±5V
CF = 0pF
01073-026
400mV
01073-023
V+DIN
VS = ±5V
CF = 0pF
CL = 10pF
CL = 5pF
CF = 1pF
5ns
400mV
图24. 大信号瞬态响应
2.5ns
01073-028
400mV
01073-024
CL = 20pF
图27. 不同电容负载下的大信号瞬态响应(见图40)
–20
VS = ±5V
ΔVOUT, dm/ΔVIN, cm
VS = ±5V
CF = 1pF
200µV
–30
VOUT, dm
CMRR (dB)
–40
–50
–60
4ns
01073-025
1V
–80
1
10
100
FREQUENCY (MHz)
图28. CMRR与频率的关系
图25. 建立时间
Rev. F | Page 12 of 24
1k
01073-029
–70
V+DIN
AD8138
5.0
DIFFERENTIAL OUTPUT OFFSET (mV)
VIN = 2V p-p
–40
VS = ±5V
–50
–60
–70
VS = +5V
1
10
100
FREQUENCY (MHz)
1k
2.5
VS = ±5V
VS = +3V
–2.5
图29. 输出平衡误差与频率的关系(见图41)
–10
VS = +5V
0
–5.0
–40
01073-031
BALANCE ERROR (dB)
–30
–20
0
20
40
TEMPERATURE (°C)
60
80
100
01073-034
–20
图32. 等效输出差分失调电压与温度的关系
5
ΔVOUT, dm/ΔVS
–20
4
–PSRR
(VS = ±5V)
–40
BIAS CURRENT (µA)
PSRR (dB)
–30
–50
–60
+PSRR
(VS = +5V, 0V AND ±5V)
–70
VS = ±5V, +5V
3
VS = +3V
2
1
10
100
FREQUENCY (MHz)
1k
1
–40
01073-032
–90
图30. PSRR与频率的关系
100
–20
0
20
40
60
TEMPERATURE (°C)
80
100
80
100
01073-035
–80
图33. 输入偏置电流与温度的关系
30
SINGLE-ENDED OUTPUT
SUPPLY CURRENT (mA)
10
VS = +5V
1
1
10
FREQUENCY (MHz)
VS = +5V
15
VS = +3V
100
5
–40
–20
0
20
40
60
TEMPERATURE (°C)
图34. 电源电流与温度的关系
图31. 输出阻抗与频率的关系
Rev. F | Page 13 of 24
01073-036
0.1
VS = ±5V
20
10
VS = ±5V
01073-033
IMPEDANCE ( )
25
AD8138
100
6
VS = +5V
–3
–9
1
10
100
FREQUENCY (MHz)
1k
1.1pA/ Hz
1
01073-037
–6
10
10
100
图35. VOCM 频率响应
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
100k
1M
01073-039
0
图37. 电流噪声(RTI)
1000
VOUT, cm
400mV
5ns
100
10
5.7nV/ Hz
1
10
图36. VOCM 瞬态响应
100
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
图38. 电压噪声(RTI)
Rev. F | Page 14 of 24
100k
1M
01073-040
INPUT VOLTAGE NOISE (nV/ Hz)
VS = ±5V
VOCM = –1V TO +1V
01073-038
GAIN (dB)
INPUT CURRENT NOISE (pA/ Hz)
VS = ±5V
3
AD8138
测试电路
499Ω
RG = 499Ω
49.9Ω
RG = 499Ω
RF = 499Ω
499Ω
24.9Ω
24.9Ω
CL
499Ω
453Ω
01073-027
24.9Ω
AD8138
AD8138
249Ω
499Ω
图41. 输出平衡的测试电路
图39. 基本测试电路
499Ω
499Ω
24.9Ω
01073-003
24.9Ω
49.9Ω
499Ω
249Ω
499Ω
49.9Ω
RL, dm = 499Ω
AD8138
图40. 电容负载驱动的测试电路
Rev. F | Page 15 of 24
01073-030
RF = 499Ω
AD8138
工作描述
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
CF
VOUT, cm = (V+OUT + V−OUT)/2
RF
+IN
VOCM
–DIN
平衡是衡量差分信号的幅度匹配情况以及相位恰好相差
AD8138
RG
180°的一项指标。确定平衡的最简单方法是在差分电压节
–OUT
RL, dm
VOUT, dm
点之间放置一个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(见图41)。根据这
+OUT
–IN
RF
CF
种定义，输出平衡等于输出共模电压的幅度除以输出差模
01073-041
+DIN
RG
电压的幅度。
图42. 电路定义
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：
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
同一基准电压的电压。
Rev. F | Page 16 of 24
Output Balance Error =
VOUT , cm
VOUT , dm
AD8138
工作原理
AD8138与常规运算放大器不同，它有两个电压反向的输
应用电路分析
出。与运算放大器类似，它通过高开环增益和负反馈强制
AD8138使用高开环增益和负反馈来强制设定其差分和共模
这些输出达到所期望的电压。AD8138很像标准电压反馈型
输出电压，使差分和共模误差电压降到最低。差分误差电
运算放大器，容易实现单端到差分转换、共模电平转换和
压定义为差分输入+IN和−IN之间的电压(见图42)。在多数
差分信号放大。另外，与运算放大器类似，AD8138也有高
应用中，可以假设此电压为0。同样，实际输出共模电压
输入阻抗和低输出阻抗。
与V OCM 上的电压之差也可以假设为0。从这两个假设出
以前的差分驱动器，无论分立还是集成设计，均使用两
发，可以分析任何应用电路。
个独立的放大器和两个独立的反馈环路，以便分别控制
设置闭环增益
一路输出。当这些电路采用单端源驱动时，产生的输出
忽略电容CF，可以确定图42所示电路的差模增益：
通常不太平衡。实现平衡输出一般要求放大器和反馈网
络严格匹配。
以前的差分驱动器同样难以实现直流共模电平转换。电
平转换要求使用第三个放大器和反馈环路来控制输出共
模电平。该第三放大器有时也被用来校正内在不平衡的
电路。已经证明，利用这种方法难以在宽频率范围实现
出色的性能。
假定各端的输入电阻(RGS)和反馈电阻(RFS)相等。
估算输出噪声电压
与常规运算放大器类似，可通过用折合到输入端(+IN和
–IN)的误差项乘以电路噪声增益来估算差分输出误差(噪声
AD8138利用两个反馈环路来分别控制差分输出电压和共模
和失调电压)。噪声增益定义为：
输出电压。外部电阻设定的差分反馈只控制差分输出电
压。共模反馈控制共模输出电压。这种架构方便任意设定
输出共模电平。内部共模反馈强制其等于VOCM输入上施加
的电压，而不影响差分输出电压。
为了计算图42所示电路折合到输出端的总噪声，还必须考
AD8138架构使得输出可以在很宽的频率范围内保持高度平
虑电阻RF和RG的贡献。有关在各闭环增益下的输出噪声电
衡，而不需要严格匹配的外部元件。共模反馈环路强制输
压密度估算值，请参阅表8。
出共模电压中的信号分量清零，结果得到近乎完美的平衡
表8.
差分输出，幅度完全相等，相位相差180°。
增益
1
2
5
10
Rev. F | Page 17 of 24
RG
(Ω)
499
499
499
499
RF
(Ω)
499
1.0 k
2.49 k
4.99 k
−3 dB带宽
320 MHz
180 MHz
70 MHz
30 MHz
输出
噪声
(仅
AD8138)
10 nV/√Hz
15 nV/√Hz
30 nV/√Hz
55 nV/√Hz
输出
噪声
AD8138 +
RG、RF
11.6 nV/√Hz
18.2 nV/√Hz
37.9 nV/√Hz
70.8 nV/√Hz
AD8138
计算应用电路的输入阻抗
当AD8138用于增益配置时，如果一个反馈网络的
诸如图42所示电路的有效输入阻抗(在+DIN和–DIN端)取
RF
RG
决于放大器是由单端信号源驱动，还是由差分信号源驱
不等于另一个反馈网络的
RF
RG
则VOCM电路中折合到输入端的电压会引起差分输出噪声。
输出噪声根据以下反馈项定义(参见图42)：
动。对于平衡差分输入信号，两个输入端(+DIN和–DIN)之
间的输入阻抗(RIN,dm)为：
RIN, dm =2 × RG
若为单端输入信号(例如，若−DIN接地，输入信号接入+DIN)，
输入阻抗则为：
对应于−OUT至+IN环路，以及
该电路的输入阻抗高于作为反相器连接的常规运算放大
对应于+OUT至−IN环路。然后，
器，因为一小部分差分输出电压在输入端表现为共模信
号，从而部分增加了输入电阻RG两端的电压。
其中，VnOUT, dm为输出差分噪声，VnIN,Vcom为VOCM中折合到输
入端的电压噪声。
单电源应用中的输入共模电压范围
AD8138针对以电平转换、以地为基准的输入信号进行优
化。举例来说，对于单端输入来说，这就意味着当图42中
反馈网络失配的影响
前面提到，即使外部反馈网络(RF/RG)不匹配，内部共模反
放大器的负电源电压(V–处)设为0 V时，–DIN处的电压也需
要为0 V。
馈环路仍然会强制输出保持平衡。每个输出端的信号幅度
保持相等，相位相差180°。输入到输出的差模增益变化与
设置输出共模电压
反馈的不匹配成比例，但输出平衡不受影响。
AD8138的VOCM 引脚采用内部偏置，偏置电压约等于供电电
外部电阻的比例匹配误差会导致电路抑制输入共模信号的
能力降低，非常类似于使用常规运算放大器制成的四电阻
压的中间点(V+和V–电压的平均值)。使用该内部偏置得到
的输出共模电压与预期值的偏差在100 mV之内。
对于需要对输出共模电平进行更加精确控制的情况，建议
差动放大器。
而且，如果输入和输出共模电压的直流电平不同，匹配误
差会导致一个细小的差模输出失调电压。对于G = 1，具有
一个地基准输入信号且针对2.5 V设定输出共模电平的情况，
使用外部源或电阻分压器(由10 kΩ电阻构成)。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。
如果使用1%容差电阻，则可产生高达25 mV的输出失调(1%
驱动容性负载
共模电平差)。由于2.5 V电平转换，1%容差的电阻将导致一
纯容性负载可与AD8138的引脚和焊线电感发生反应，进而
个约40 dB的输入CMRR(最差情况)、25 mV的差模输出失调
在脉冲响应中导致高频振铃。一种最大程度降低此效应的
(最差情况)，不会对输出平衡误差造成明显恶化。
方法是在各反馈电阻上放置一个小电容。该附加电容应非
常小，以免造成放大器不稳定。另一种技术是在放大器输
出端上串联一个小电阻，如图40所示。
Rev. F | Page 18 of 24
AD8138
布局布线、接地和旁路
AD8138作为高速器件，对其所工作的PCB环境非常敏感。
应在尽可能靠近器件处将电源引脚旁路至附近的接地层，
要实现其优异的性能，必须注意优异高速PCB设计的各种
并使用良好的高频陶瓷芯片电容。针对每个电源，都应使
细节。
用0.01 μF至0.1 μF的电容进行此旁路。在较远的地方，应利
第一个要求是实心地层应尽可能覆盖AD8138所在的电路板
用10 μF钽电容在每个电源到地之间提供低频旁路。
区域。唯一的例外是两个输入引脚(引脚1和引脚8)与接地
信号路径应该短而直接，避免寄生效应。只要存在互补信
层应保持数毫米的距离，并去除内层和输入引脚底下相反
号，都应提供对称布局，以使平衡性能最佳。当差分信号
一侧的地。这样可以最大程度地降低这些节点上的寄生电
经过较长路径时，要让PCB上的走线相互靠近或将任何差
容，并有助于保持增益平坦度和频率的关系。
分线路缠绕在一起，以尽量减小所形成的环路面积。这样
可以降低辐射能量，并使电路不容易受干扰影响。
Rev. F | Page 19 of 24
AD8138
平衡变压器驱动器
变压器是最早用来实现单端到差分转换(反之亦然)的器件
AD8138高度平衡的输出信号，向变压器的每个初级输入端
之一。变压器还可以实现电流隔离、电压升压或降压以及
提供一个驱动信号(幅度相等、180°反相)。因此，取决于
阻抗变换等功能。因此，许多应用都需要变压器。
次级侧极性的连接方式，通过绕组间电容的信号或者等量
然而，当以单端模式驱动变压器时，输出会因为变压器固
地增强变压器的次级信号，或者同时降低次级信号。两种
有的寄生效应而不平衡。对于变压器的初级(或受驱一
情况下，寄生效应均具对称性，可提供高度平衡的变压器
侧)，当其中一端受驱动时，另一端则为直流电位(通常为
输出(见图45)。
SIGNAL IS COUPLED
ON THIS SIDE VIA CSTRAY
接地)。在要求变压器差分输出信号良好平衡的系统中，这
可能带来一些问题。
CSTRAY
若假定绕组间电容(CSTRAY)呈均匀分布，来自驱动源的
VUNBAL
52.3Ω PRIMARY
信号将耦合至离初级受驱一端最近的次级输出端。另一方
面，次级另外一端将没有耦合信号，因为离其最近的初级
500Ω
0.005%
01073-042
NO SIGNAL IS COUPLED
ON THIS SIDE
具体寄生效应，在较高频时通常会有问题。
图43. 变压器单端到差分转换器的固有
不平衡
测量差分电路的平衡性时，可以先将一个等值电阻分压器
499Ω
压。由于两个差分输出端的幅度应相等，且为180°反相，
49.9Ω
因此对理想的平衡输出来说，测得的值应该为0。
499Ω
图43所示电路为一个Mini-Circuits® T1-6T变压器，其初级侧
+IN
OUT–
49.9Ω
500Ω
0.005%
VDIFF
500Ω
0.005%
OUT+
–IN
跨接。分压器由两个500 Ω、0.005%精密电阻构成。电压VUNBAL
VUNBAL
AD8138
499Ω
采用单端驱动，次级侧通过一个精密分压器与其输出端端
CSTRAY
CSTRAY
01073-043
跨接至差分输出端，然后测量分压器的中点与地之间的电
499Ω
等于交流共模电压，是输出平衡度的一个衡量指标。
图44. AD8138构成一个平衡变压器驱动器
图 45比 较 了 变 压 器 由 一 个 信 号 发 生 器 单 端 驱 动 和 利 用
0
OUTPUT BALANCE ERROR (dB)
AD8138差分驱动两种情况。图45中，上面的曲线显示的是
应。在100 MHz下，使用AD8138可使平衡度提高35 dB。
SECONDARY V DIFF
CSTRAY
端未受驱动(见图43)。这种不平衡的大小取决于变压器的
单端配置下的平衡，下面的曲线则是差分驱动下的平衡响
500Ω
0.005%
–20
–40
VUNBAL , FOR TRANSFORMER
WITH SINGLE-ENDED DRIVE
–60
–80
–100
0.3
1
10
FREQUENCY (MHz)
100
图45. 图43和图44所示电路的输出平衡误差
Rev. F | Page 20 of 24
500
01073-044
VUNBAL , DIFFERENTIAL DRIVE
AD8138
高性能ADC驱动
图46所示的电路是用于驱动AD9224(一款12位、40MSPS模
信号发生器有一个以接地电压为基准的双极性输出端，就
数转换器)的AD8138简化前端连接。差分驱动时，该ADC
是说接地电压之上和之下采用对称驱动模式。通过把VOCM
性能最佳，失真最小。AD8138可以实现单端到差分转换、
连接至AD9224的CML引脚可将AD8138的输出共模电压设
共模电平移位和驱动信号缓存等功能，而不需要使用变压
为2.5 V，此值为AD9224的供电电平的中间值。该电压由一
器来驱动ADC。
个0.1 µF的电容旁路。
AD8138的正负输出端通过一对49.9 Ω的电阻与AD9224的相
把SENSE端短接至AVSS，可将AD9224的满量程模拟输入
应差分输入端相连，以使AD9224开关电容前端的影响最
范围设为4 V峰峰值。经证明，该量程能提供最小的谐波
小。为获得最佳失真性能，该器件采用±5 V电源供电。
失真。
AD8138针对单端输入到差分输出转换配置为单位增益。为
若AD8138的摆幅为4 V峰峰值，则各输出端的摆幅为2 V峰
了平衡信号源的50 Ω并联阻抗及其驱动同相输入端的50 Ω
峰值，而且是180°反相信号。若输出端共模电压为2.5 V，则
端接电阻，需要在–IN输入端增加23 Ω，合计523 Ω。
AD8138的各输出端将在1.5 V与3.5 V之间摆动。
将以接地电压为基准的4 V峰峰值、5 MHz信号输入到DIN+
端，来对图46所示电路进行测试。当组合器件电路以20
MSPS的采样速率工作时，SFDR(无杂散动态范围)测得值
为-85 dBc。
+5V
+5V
0.1pF
499Ω
3
50Ω
SOURCE
49.9Ω
0.1pF
8
2
523Ω
+
5
49.9Ω
24
VINB
15 26
28
AVDD
DRVDD
VOCM
AD8138
1
4
DIGITAL
OUTPUTS
AD9224
49.9Ω
23
6
VINA AVSS
SENSE CML
16 25
17
22
DRVSS
27
499Ω
01073-045
499Ω
0.1pF
–5V
图46. AD8138驱动12位、40 MSPS ADC AD9224
Rev. F | Page 21 of 24
AD8138
3 V工作
图47所示的电路是用于驱动AD9203的AD8138简化前端连
该电路已用不同频率下的-0.5 dBFS信号进行测试。图48显
接；AD9203是一款10位、40MSPS模数转换器，额定采用3 V
示1 V和2 V差分驱动电平的信号幅度下，总谐波失真(THD)
单电源供电。该ADC以差分方式驱动时性能最佳，可充分
与频率的关系图。
利用3 V电源提供的信号摆幅。AD8138的输出通过低通滤
–40
波器连接到AD9203的相应差分输入。
–45
–50
电阻，需要在–IN输入端增加23 Ω。
–55
信号发生器有一个以接地电压为基准的双极性输出端，就
THD (dBc)
了平衡信号源的50 Ω阻抗及其驱动同相输入端的50 Ω端接
AD8138–2V
–60
是说接地电压之上和之下采用对称驱动模式。虽然AD8138
–65
已将其负电源接地，但对于这种输入信号，它仍可用作电
–70
平转换器。
–75
输出共模电压由偏置VOCM的分压器提升到中间电源电压。
–80
这样，AD8138提供双极性信号的直流耦合和电平转换，无
AD8138–1V
0
5
10
15
FREQUENCY (MHz)
20
25
01073-047
AD8138针对单端输入到差分输出转换配置为单位增益。为
图48. AD9203 THD @ −0.5 dBFS AD8138
需反转输入信号。
AD8138与AD9203之间的低通滤波器提供滤波功能，有助
图49显示上述条件下的信纳比(SINAD)。信号摆幅较小
于提高信噪比(SNR)。通过降低极点频率可以实现更低的
时，AD8138的性能非常好，但如果摆幅接近供电轨，其性
噪声，但电路带宽也会降低。
能会下降。
10kΩ
499Ω
49.9Ω
8
2
523Ω
0.1µF
3
+
5
AD8138
4
1
6
49.9Ω
20pF
49.9Ω
20pF
0.1µF
28
AINP
61
2
AVDD
25
AINN
26
63
DRVDD
AD9203
AVSS
DRVSS
27
1
59
DIGITAL
OUTPUTS
SINAD (dBc)
0.1µF
65
3V
0.1µF
499Ω
10kΩ
01073-046
499Ω
图47. 驱动AD9203(一款10位40 MSPS模数转换器)的AD8138
57
AD8138–1V
55
AD8138–2V
53
51
49
47
45
0
5
10
15
FREQUENCY (MHz)
20
图49. AD9203 SINAD @ −0.5 dBFS AD8138
Rev. F | Page 22 of 24
25
01073-048
3V
AD8138
外形尺寸
3.20
3.00
2.80
5.00 (0.1968)
4.80 (0.1890)
8
4.00 (0.1574)
3.80 (0.1497) 1
5
1.27 (0.0500)
BSC
0.25 (0.0098)
0.10 (0.0040)
6.20 (0.2440)
1.75 (0.0688)
1.35 (0.0532)
0.51 (0.0201)
COPLANARITY
SEATING 0.31 (0.0122)
0.10
PLANE
8
3.20
3.00
2.80
4 5.80 (0.2284)
0.50 (0.0196)
× 45°
0.25 (0.0099)
5
1
4
PIN 1
0.65 BSC
0.95
0.85
0.75
8°
0.25 (0.0098) 0° 1.27 (0.0500)
0.40 (0.0157)
0.17 (0.0067)
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-012-AA
CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS
(IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR
REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN.
5.15
4.90
4.65
0.15
0.00
1.10 MAX
0.38
0.22
0.23
0.08
COPLANARITY
0.10
8°
0°
0.80
0.60
0.40
SEATING
PLANE
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA
图51. 8引脚超小型MSOP封装
(RM-8)
图示尺寸单位：mm
图50. 8引脚标准小型封装[SOIC]
(R-8)
图示尺寸单位：mm和(inch)
订购指南
型号
AD8138AR
AD8138AR-REEL
AD8138AR-REEL7
AD8138ARZ 1
AD8138ARZ-RL1
AD8138ARZ-R71
AD8138ARM
AD8138ARM-REEL
AD8138ARM-REEL7
AD8138ARMZ1
AD8138ARMZ-REEL1
AD8138ARMZ-REEL71
1
温度范围
−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
−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
封装描述
8引脚 SOIC
8引脚 SOIC，13"卷带和卷盘
8引脚 SOIC，7"卷带和卷盘
8引脚 SOIC
8引脚 SOIC，13"卷带和卷盘
8引脚 SOIC，7"卷带和卷盘
8引脚 MSOP
8引脚 MSOP，13"卷带和卷盘
8引脚 MSOP，7"卷带和卷盘
8引脚 MSOP
8引脚 MSOP，13"卷带和卷盘
8引脚 MSOP，7"卷带和卷盘
Z = 无铅器件，#表示无铅产品，可能在顶部或底部进行标识。
Rev. F | Page 23 of 24
封装选项
R-8
R-8
R-8
R-8
R-8
R-8
RM-8
RM-8
RM-8
RM-8
RM-8
RM-8
标识
HBA
HBA
HBA
HBA#
HBA#
HBA#
AD8138
注释
©2006 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and
registered trademarks are the property of their respective owners.
C01073sc-0-1/06(F)
Rev. F | Page 24 of 24