电路功能及优点

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将具有宽动态范围的模拟信号转换为数字格式ADC当分辨率不足以捕获所有有用信息时，可变增益放大器（VGA）可以发挥重要作用。例如，具有2 V10位转换器的峰值输入范围LSB大小为2 ÷ 1024，即稍低于2 mV。VGA放大小于最低分辨率的输入信号，减少大信号，避免ADC饱和。数微伏到数伏范围内的信号强度超声接收器，以及几乎所有接收器都使用的中频接收器（IF）放大器就是这种应用的例子。对于直流或低频模拟信号，分辨率高达24位Σ-Δ型ADC经济实惠，款式多样，但采样频率通常限制在数百个 kHz。现有的先进ADC随着采样频率的提高，分辨率会降低，使用标准ADC精确数字化处理高频低振幅信号极其困难。可变增益放大器可以很容易地解决这个问题，如图1所示VGA驱动ADC典型应用。

图1：AD8331 VGA与AD9215 ADC互连(原理示意图，所有连接/去耦均未显示)

AD8331/AD8332/AD8334分别是单通道/双通道/四通道，超低噪声dB可变增益放大器（VGA），优化超声系统，可作为低噪声可变增益元件，最高工作频率为120 MHz。

各通道内置超低噪声前放大器（LNA）、一个48 dB增益范围的X-AMP® VGA以及具有可调输出限制功能的可选增益后放大器。LNA增益为19 dB，单端输入和差分输出。LNA一个电阻可以用来调节输入阻抗，以匹配信号源，不影响噪声性能。

VGA的48 dB增益范围使这些设备适合不同的应用。带宽可以在整个增益范围内保持良好的一致性。 mV至1 V范围内的控制电压和增益控制接口可提供精确的50 dB/V线性dB调整。通过工厂调整，可以保证装置与通道之间具有良好的增益匹配特性。

电路描述

VGA和现代ADC功能远远超过早期ADC传统的操作放大器用于设计。本例使用VGA在中间，增益由外部控制。引脚可以选择10或12位转换器映射的增益值，低噪声阻抗可以串联使用R-C网络调整，以获得不同的阻抗值。高速转换器产品可用于简单的引脚搭接。

图1中显示的电路是典型的VGA与ADC互连。AD8331 VGA与AD9215 ADC兼容频率范围和差分接口匹配。为了简明起见，图中没有显示电源去耦。

AD8331内置低噪声前置放大器，然后连接差分衰减器和增益级。此VGA仅需5 V单电源供电。ADC的低噪声3 V电源可由与5 V电源相连的LDO提供，例如ADP3339。该VGA差分输出用于驱动差分输入ADC，输入范围为1 V峰峰值至约4.5 V峰峰值。AD9215的输入范围可以设置在1 V峰值差与2 V峰值差异之间。对于本电路，ADC输入范围设置为2 V峰值差。

和大多数单电源器件一样，AD8331需要一个电压为供电电压中间值的内部基准电压源，用于一对镜像放大器，它可在输出端（折合到共模电压CMV）提供相等但极性相反的信号。有关此功能的更多信息，请参考AD8331数据手册 。VGA的引脚11 （VCM）可作为输入或输出。作为输出，VCM电路可以在引脚11上去耦，也可以通过电压源驱动引脚来修改共模电压值，以适应不同输入范围的各种ADC。若保持浮地，VCM电压将是电源电压的一半，这是交流耦合应用的最佳值。

引脚12 （CLMP）位于输出摆幅ADC在差分输入的限制下，避免可能严重影响转换器的过度驱动问题。用简单的电阻控制位置范围。CLMP如果引脚上没有连接，则夹位电压为2.5 V中心共模电压差4.5V峰峰值。

测试波形选择1 MHz使用正弦波 ADC Analyzer™软件恢复的波形。采样频率为65 MSPS，对应于AD9215的65 MSPS版本。LNA输入信号为70 mV通过外部低通和高通滤波器处理，可以过滤掉信号发生器的杂散。VGA增益为29 dB，信号可以放大到大约ADC输入电压的一半。VGA与ADC之间的高通和低通滤波组合可衰减50 kHz以下低频噪声(33 Ω和100 nF可产生48 kHz低频截止频率)，100 MHz上述频率(42 pF和33 Ω可产生114 MHz高频截止频率)。

AD一级代理

图2:重建满量程2 V峰峰值1 MHz采样速率为65 MSPS

通过减小LNA输入端以及LNA与VGA高通滤波器可以进一步实现输入端之间的串联电容值。

如果VOH和VOL上的PCB走线杂散电容超过25 pF，输出去耦网络可能需要100个 Ω固定电阻与AD一个铁氧体磁珠并联插入8331输出端。否则，就不需要这个网络了。

大部分现代ADC内部基准电压源可通过引脚连接。AD9215内部基准电压为1 V，外部电阻导致共模输入电压偏差3 V电源电压的一半。

数据捕捉板与笔记本电脑接口。ADC Analyzer软件可以启动转换器并提供波形FFT显示。关于AD请参考9215配置的详细信息AD9215数据手册。

图3是测试设置的简化框图。评估板配有20个引脚和双排接头，与转换器接口板上的一半连接器相结合。评估板由标准笔记本电脑操作ADC Analyzer控制软件。

图3：测试配置框图

该电路必须建在大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术(请参考 教程MT-031——“实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团”，以及 教程MT-101 ——“去耦技术”）。

常见变化

其它单通道，10位ADC包括AD9214（适合较低输入频率）或AD9411(适用于采样速度较高的应用)。