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将宽带互补DAC输出转换为单端信号的高CMRR电路，无需精密电阻

时间：2011-01-10 12:20:41

关键字：宽带 DAC 信号电路

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[导读]电路功能与优势将宽带DAC互补电流输出转换为单端信号的传统方法是使用中心抽头变压器，或者在差分转单端配置中使用一个单通道运算放大器。然而，变压器的低频非线性可能会限制其在DC附近使用；运算放大器方法则要求电

电路功能与优势
将宽带DAC互补电流输出转换为单端信号的传统方法是使用中心抽头变压器，或者在差分转单端配置中使用一个单通道运算放大器。然而，变压器的低频非线性可能会限制其在DC附近使用；运算放大器方法则要求电阻严格匹配，以提供直流共模抑制、负载阻抗和互补DAC输出之间的增益匹配。如果匹配有误差，则最终输出也会产生误差。本电路利用差分接收放大器AD8130实现简单的差分转单端功能，无需使用昂贵的精密电阻，从而以更少的元件提供更高的精度。
AD8130还有一个优势，即具有业界领先的交流共模抑制性能（10 MHz时为70 dB）。可以利用这一特性抑制DAC数字地层与接收器模拟地层之间的噪声，这是此类混合信号应用的一个常见问题。

图1. 用接收器AD8130实现高速TxDAC差分转单端（原理示意图，未显示去耦和所有连接）

     电路描述
     本电路采用20 mA互补电流输出、低功耗、14位、125 MSPS、双通道TxDAC®数模转换器AD9117和低成本、270 MHz差分接收放大器AD8130。
     通过改变FSADJI或FSADJQ与地之间的电阻值，可以在4 mA至20 mA范围内调整AD9117的满量程输出电流。本例使能了内部电阻选项，并将其设置为1.6 kΩ，以便提供最大20 mA电流输出。该配置要求将0b10100000写入AD9117的寄存器IRSET和QRSET。互补电流输出采用49.9 Ω外部电阻端接，以产生差分电压。采用满量程数字输入摆幅时，这些电阻上产生的电压彼此相差180°，大小介于0 V至1 V之间，因此峰峰值差分输出电压为2 V。一个47 pF电容与这些负载电阻并联，构成一个68 MHz一阶重构滤波器，并衰减奈奎斯特带宽之外的镜像。与AD8130输入引脚串联的两个49.9 Ω电阻可改善电路的整体失真性能。共模输出引脚CMLI和CMLQ可以用来提供附加偏移，但本例中未使用，而是将其接地。
     AD8130是一款理想的互补产品，因为它有较大的平衡输入阻抗，可以将差分输入轻松转换为单端格式，并具有出色的交流共模抑制性能，如图2所示。

图2. AD8130共模抑制

     AD8130带宽为270 MHz，支持AD9117在最大更新速率125 MSPS时产生的最高达约40 MHz的DAC输出频率。
     本例中，AD8130的增益设置为1（RF，省去RG）。不过，只需改变RF/RG比，就能调整增益。电源设置为±5 V，但如果输出端需要更大摆幅，可以将其提高至最大±12 V。
     为使本电路正常工作，必须考虑与DAC和运算放大器相关的裕量问题。DAC输出电压需保持在其规格范围内，防止内部电路引入失真。当DAC VDD = 3.3 V且VCM = 0 V时，AD9117输出必须小于±1 V，这可以通过49.9 Ω负载电阻和20 mA满量程电流来实现。当放大器输出端负载为1 kΩ时，AD8130要求1 V的电源电压裕量；因此，当采用±5 V电源时，输出摆幅不能超过±4 V。
     谐波失真是本设计的重要标准。图3和图4分别显示了整个电路(AD9117 + AD8130)的二次和三次谐波失真测量结果，以及AD9117本身的谐波失真。测量在AD8130的增益设置为1（RF = 0，省去RG）的条件下进行。

图3. 电路的二次谐波失真(G = 1)

图4. 电路的三次谐波失真(G = 1)

     如果时域应用需要更快的上升/下降时间，可以通过减小电容值来提高重构滤波器的截止频率。不过，与AD9117 DAC的内在性能相比，AD8130的270 MHz带宽会限制上升/下降时间和建立时间。该电路仍然可以在3次DAC更新(125 MSPS)的时间内建立。
     0.1 μF电容对AD9917内部基准电压源去耦。应将一个0.1 μF低电感陶瓷去耦电容（图1未显示）与VDD相连，并使其非常靠近AD9117。
     将AD8130的引脚4和RG（图2中显示为G2）连接到一个失调电压(VOFF)，可以独立于放大器增益来调整AD8130的输出电压失调，使其值不为0 V。该配置中，VOFF出现在单位增益输出端，而AD8130的增益仍然为1+RF/RG。
     为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色的布线、接地和去耦技术。至少应采用四层PCB：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。
所有IC电源引脚都必须采用0.01 μF至0.1 μF低电感多层陶瓷电容(MLCC)去耦至接地层（为简明起见，图中未显示），并应遵循各IC数据手册和教程MT-101的相关建议。
     常见变化
     只要将输出频率保持在AD8130的带宽范围内，就可以在本配置中使用其它TxDAC IC，例如AD9707、AD9717、AD9767或AD9744。