將寬帶互補DAC輸出轉(zhuǎn)換為單端信號的高CMRR電路，無需精密電阻

 電路功能與優(yōu)勢
     將寬帶DAC互補電流輸出轉(zhuǎn)換為單端信號的傳統(tǒng)方法是使用中心抽頭變壓器，或者在差分轉(zhuǎn)單端配置中使用一個單通道運算放大器。然而，變壓器的低頻非線性可能會限制其在DC附近使用；運算放大器方法則要求電阻嚴(yán)格匹配，以提供直流共模抑制、負載阻抗和互補DAC輸出之間的增益匹配。如果匹配有誤差，則最終輸出也會產(chǎn)生誤差。本電路利用差分接收放大器AD8130實現(xiàn)簡單的差分轉(zhuǎn)單端功能，無需使用昂貴的精密電阻，從而以更少的元件提供更高的精度。
     AD8130還有一個優(yōu)勢，即具有業(yè)界領(lǐng)先的交流共模抑制性能（10 MHz時為70 dB）?？梢岳眠@一特性抑制DAC數(shù)字地層與接收器模擬地層之間的噪聲，這是此類混合信號應(yīng)用的一個常見問題。
 

圖1. 用接收器AD8130實現(xiàn)高速TxDAC差分轉(zhuǎn)單端（原理示意圖，未顯示去耦和所有連接）

     電路描述
     本電路采用20 mA互補電流輸出、低功耗、14位、125 MSPS、雙通道TxDAC®數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9117和低成本、270 MHz差分接收放大器AD8130。
     通過改變FSADJI或FSADJQ與地之間的電阻值，可以在4 mA至20 mA范圍內(nèi)調(diào)整AD9117的滿量程輸出電流。本例使能了內(nèi)部電阻選項，并將其設(shè)置為1.6 kΩ，以便提供最大20 mA電流輸出。該配置要求將0b10100000寫入AD9117的寄存器IRSET和QRSET。互補電流輸出采用49.9 Ω外部電阻端接，以產(chǎn)生差分電壓。采用滿量程數(shù)字輸入擺幅時，這些電阻上產(chǎn)生的電壓彼此相差180°，大小介于0 V至1 V之間，因此峰峰值差分輸出電壓為2 V。一個47 pF電容與這些負載電阻并聯(lián)，構(gòu)成一個68 MHz一階重構(gòu)濾波器，并衰減奈奎斯特帶寬之外的鏡像。與AD8130輸入引腳串聯(lián)的兩個49.9 Ω電阻可改善電路的整體失真性能。共模輸出引腳CMLI和CMLQ可以用來提供附加偏移，但本例中未使用，而是將其接地。
     AD8130是一款理想的互補產(chǎn)品，因為它有較大的平衡輸入阻抗，可以將差分輸入輕松轉(zhuǎn)換為單端格式，并具有出色的交流共模抑制性能，如圖2所示。

 


圖2. AD8130共模抑制

     AD8130帶寬為270 MHz，支持AD9117在最大更新速率125 MSPS時產(chǎn)生的最高達約40 MHz的DAC輸出頻率。
     本例中，AD8130的增益設(shè)置為1（RF，省去RG）。不過，只需改變RF/RG比，就能調(diào)整增益。電源設(shè)置為±5 V，但如果輸出端需要更大擺幅，可以將其提高至最大±12 V。
     為使本電路正常工作，必須考慮與DAC和運算放大器相關(guān)的裕量問題。DAC輸出電壓需保持在其規(guī)格范圍內(nèi)，防止內(nèi)部電路引入失真。當(dāng)DAC VDD = 3.3 V且VCM = 0 V時，AD9117輸出必須小于±1 V，這可以通過49.9 Ω負載電阻和20 mA滿量程電流來實現(xiàn)。當(dāng)放大器輸出端負載為1 kΩ時，AD8130要求1 V的電源電壓裕量；因此，當(dāng)采用±5 V電源時，輸出擺幅不能超過±4 V。
     諧波失真是本設(shè)計的重要標(biāo)準(zhǔn)。圖3和圖4分別顯示了整個電路(AD9117 + AD8130)的二次和三次諧波失真測量結(jié)果，以及AD9117本身的諧波失真。測量在AD8130的增益設(shè)置為1（RF = 0，省去RG）的條件下進行。

 


圖3. 電路的二次諧波失真(G = 1)

 


圖4. 電路的三次諧波失真(G = 1)

     如果時域應(yīng)用需要更快的上升/下降時間，可以通過減小電容值來提高重構(gòu)濾波器的截止頻率。不過，與AD9117 DAC的內(nèi)在性能相比，AD8130的270 MHz帶寬會限制上升/下降時間和建立時間。該電路仍然可以在3次DAC更新(125 MSPS)的時間內(nèi)建立。
     0.1 μF電容對AD9917內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源去耦。應(yīng)將一個0.1 μF低電感陶瓷去耦電容（圖1未顯示）與VDD相連，并使其非?？拷麬D9117。
     將AD8130的引腳4和RG（圖2中顯示為G2）連接到一個失調(diào)電壓(VOFF)，可以獨立于放大器增益來調(diào)整AD8130的輸出電壓失調(diào)，使其值不為0 V。該配置中，VOFF出現(xiàn)在單位增益輸出端，而AD8130的增益仍然為1+RF/RG。
     為了使本文所討論的電路達到理想的性能，必須采用出色的布線、接地和去耦技術(shù)。至少應(yīng)采用四層PCB：一層為接地層，一層為電源層，另兩層為信號層。
所有IC電源引腳都必須采用0.01 μF至0.1 μF低電感多層陶瓷電容(MLCC)去耦至接地層（為簡明起見，圖中未顯示），并應(yīng)遵循各IC數(shù)據(jù)手冊和教程MT-101的相關(guān)建議。
     常見變化
     只要將輸出頻率保持在AD8130的帶寬范圍內(nèi)，就可以在本配置中使用其它TxDAC IC，例如AD9707、AD9717、AD9767或AD9744。