如何选择合适的放大器来保护ADC芯片

许多模拟系统必须以出色的保真度或低失真适应非常大范围的信号幅度。同时，一些信号链组件被过大的信号损坏。一个示例是模数转换器(ADC) 输入。对于像ADC16DV160这样的高性能 ADC ，其中一个 Vin 引脚上的绝对最大输入电压为 2.35-V。

ADC16DV160是一款单片双通道高性能CMOS模数转换器，能够以每秒160兆采样率(MSPS)将模拟输入信号转换为16位数字字。该转换器采用带数字纠错的差分、流水线结构和片上采样保持电路，以最小化功耗和外部元件数量，同时提供优异的动态性能。自动通电校准可实现卓越的动态性能，减少部件间的变化，并且ADC16DV160可随时通过3线串行外围接口(SPI)重新校准。集成低噪声、稳定的电压基准和差分基准缓冲放大器简化了板级设计。具有低附加抖动的片上占空比稳定器允许宽范围的输入时钟占空比，而不会影响动态性能。独特的采样保持级可产生1.4 GHz的全功率带宽。ADC16DV160和接收器块之间的接口可以通过固定模式生成和输出时钟位置功能轻松验证和优化。数字数据通过双数据速率LVDS输出提供–使68针10毫米x 10毫米VQFN封装成为可能。ADC16DV160在+1.8V和+3.0V双电源上工作，具有断电功能，可将功耗降至极低水平，同时允许快速恢复到完全工作状态。

由于 ADC 非常昂贵，而且修复损坏的设备成本更高，因此确保不超过此电压水平非常重要。这意味着必须将前级设计为永远不会超过该电压。

在这里，我们将讨论如何保护 ADC。

对于本例，我们将继续使用 ADC16DV160。ADC 输入共模电压为 1.15V ± 0.05V。最大(线性)输入信号为 2.4-Vpp 差分。2.4-Vpp 差分信号在每个输入上为 1.2-Vpp。在正常工作条件下，每个引脚的摆幅不低于 1.15-V – 0.05-V-0.6-V = 0.5-V。同样，摆幅上限为 1.15-V +0.05-V +0.6-V = 1.8-V。2.35V 的绝对最大电压与正常工作范围仅相差 0.55V。

进一步来看，ADC16DV160 的 SFDR 或无杂散动态范围为 98dB，输入音调为 -1DBFS。为了保持这种线性度，ADC 驱动器需要有一个 18dBm 或更高的 P1dB 点。在 200 Ohm 输入负载条件和 6dB 匹配损耗下，ADC 驱动器能够在 ADC 输入端提供大约 5Vpp。这意味着 ADC 驱动器能够产生 2.45V 的正摆幅，该摆幅超过 ADC 绝对最大电压，并有损坏 ADC 的风险。

解决这一难题的一种方法是使用带有输出钳位的放大器，例如LMH6553，因为它的输出钳位精度为 40m-V，恢复时间为 600ps。LMH6553 输出钳位设置为 2.1V，并且仍然可以轻松通过满量程 ADC 信号。凭借 40mV 的精度，它还可以很好地钳位在 2.35V 的绝对最大电压之前。

下面可帮助说明 ADC 的输入信号。显示了一个正常的输入信号，其中 ADC 工作在线性区域。一个关键点是差分信号由两个相反相位的单端信号组成。显示了提供给 ADC 引脚的实际电压的单端信号之一。该图还包括差分输入和输出信号，并且在数学上以图为中心，即使每个信号都有一个正共模电压。

过驱动输入：展示如何通过钳位动作保护 ADC

需要高速、低失真和电压钳位的模拟系统可以受益于像 LMH6553 这样的钳位放大器。通过使用钳位放大器，可以保护敏感且昂贵的高性能 ADC。

LMH6553是一个900 MHz差分放大器，集成可调输出限制钳。夹钳提高了系统性能，并为以下阶段提供瞬态过电压保护。LMH6553的内部夹紧特性减少或消除了对外部离散过载保护网络的需要。当用于驱动ADC时，放大器的输出钳夹允许保护低压ADC输入，不被系统输入端出现的大输入信号过度驱动和损坏。600 ps的快速超速恢复确保了放大器输出从夹紧事件中快速恢复，并快速恢复以跟随输入信号。LMH6553提供了特殊的带宽、失真和噪声性能，理想的驱动adc高达14位。LMH6553还可用于汽车、通信、医疗、测试和测量、视频和激光雷达的应用。

通过外部增益设置电阻和集成的共模反馈，LMH6553可以配置为差分输出的差分输入或差分输出增益块的单端输入。LMH6553可以在输入处进行交流或直流耦合，这使其适用于广泛的应用，包括通信系统和高速示波器前端。LMH6553有8针SO PowerPAD和8针WSON软件包，是我们的LMH高速放大器家族的一部分。