高速电流输出DAC缓冲器
变压器通常被认为是将高速电流输出dac的互补输出转换为单端电压输出的最佳选择,因为变压器不会增加噪声,也不会消耗功率.尽管变压器在高频信号下表现良好,但它们无法处理许多仪表和医疗应用所需要的低频信号.这些应用要求一个低功耗、低失真、低噪声的高速放大器,以将互补电流转换成单端电压.此处展示的三个电路接受来自dac的互补输出电流,并提供单端输出电压.将后两者的失真与变压器解决方案进行比较.
差分放大器:ad8129和ad8130差分转单端放大器（图15）用于第一个电路（图16）.它们在高频下具有极高的共模抑制性能.ad8129在增益为10或以上时保持稳定,而ad8130则在单位增益下保持稳定.它们的用户可调增益可以由, rf和 rg.两个电阻的比值来设置.ad8129和ad8130在引脚1和引脚8上具有很高的输入阻抗,不受增益设置的影响.基准电压 (vref, 引脚4)可以用来设置偏置电压,该偏置电压被乘以与差分输入电压相同的增益.
图15. ad8129/ad8130差动放大器
图16. 采用ad8129/ad8130的dac缓冲器
方程1和方程2所示为放大器的输出电压与dac的互补输出电流之间的关系.端接电阻rt,执行电流-电压转换；rf与rg之比决定了增益.vref在方程2中被设为0.
(1)
(2)
在图16中,该电路采用一个四通道高速、低功耗、14位dac,其中,互补电流输出级将提高速度,降低低功耗dac的失真.
图17展示的是电路的无杂散动态范围(sfdr),它是频率的函数,采用dac和ad8129,其中,rf= 2kω,rg= 221ω,rt= 100ω, 且vo= 8vp-p, 两个电源电压对应的不同值.此处选择了ad8129,因为它提供较大的输出信号,在g = 10时保持稳定,与ad8130相比,具有较高的增益带宽积.两种情况下,sfdr一般都要好于55db,超过10mhz,在低电源电压下,约有>3db的改善.
图17. dac和ad8129的失真 vo= 8 v p-p
单位增益下的运算放大器: 第二个电路（图18）采用了一个高速放大器与两个 rt电阻.该放大器只是通过,rt将互补电流i1和 i2, 转换成单端输出电压,vo这个简单的电路不允许以放大器为增益模块放大信号.
图18. 采用运算放大器的简单差分到单端转换器
方程3所示为vo与dac输出电流之间的关系.失真数据通过与rt并联的5pf电容进行测量
(3)
为了展示这个电路的性能,dac与ada4857和ada4817运算放大器配对,其中t=125ω (and ct= cf= 5 pf与rt并联,以实现稳定性和低通滤波）.单通道ada4857-1和双通道ada4857-2为单位增益稳定型、高速、电压反馈放大器,具有低失真、低噪声和高压摆率等特点.作为众多应用（包括超声、ate、有源滤波器、adc驱动器等）的理想解决方案,其带宽为850 mhz,压摆率为2800 v/μs,0.1%建立时间为10ns——全部都是在5ma的静态工作电流下实现.ada4857-1和ada4857-2具有宽工作电压范围（5v至10v）,特别适合需要宽动态范围、精密、高速度和低功耗的系统
ada4817-1（单通道）和ada4817-2（双通道）fastfet?放大器是具有fet输入的单位增益稳定、超高速电压反馈型运算放大器.它们采用adi公司的专有超快速互补双极性(xfcb)工艺制造,具有超低的噪声（4nv/√hz和2.5fa/√hz）和极高的输入阻抗.其输入电容为1.3pf,最大失调电压为2mv,功耗低(19ma),−3db带宽较宽(1050mhz),非常适合数据采集前端、光电二极管前置放大器以及其他宽带跨阻应用.它们具有5v至10v的宽电源电压范围,可采用单电源或双电源供电,适合包括有源滤波、adc驱动和dac缓冲在内的各种应用.
图19比较了该电路在vo= 500mv p-p 时相对于一个采用变压器的电路的失真和频率之间的关系.变压器的失真低于放大器,后者的增益在高频下不断下降,但采用变压器的失真却在低频下不断变差.在此,可在有限范围内实现接近90db的sfdr,在高达10mhz时优于70db.
图19. dac、ada4857和ada4817的失真 vo= 500 mv p-p, rl= 1 kω
具有增益运算放大器: 第三个电路（图20）也使用了相同的高速运算放大器,但所含电阻网络拉远了放大器与dac之间的距离,支持增益设置,并可以利用vref1和 vref2两个基准电压之一调整输出偏置电压.
图20. 支持增益和偏置功能的差分到单端转换
方程4定义了dac输出电流与放大器输出电压在 vref1= vref1= 0. 时的关系.为了匹配dac之外的放大器网络的输入阻抗rt1和rt2, 两个端接电阻必须单独设置,同时要考虑放大器的特性.
(4)
图21比较了放大器在这种配置下的失真以及变压器电路的失真.rt1= 143ω,rt2=200 ω,rf=rg= 499ω,cf= 5pf出于稳定性和高频滤波考虑——且rl= 1kω. 在此ada4817的性能可与变压器在高频下的性能相媲美,在最高70mhz时,其sfdr可维持在优于-70dbc的水平.与变压器相比,两个运算放大器都能维持出色的低频保真.
图21. dac、ada4817和ada4857的失真 vo= 500 mv p-p
本文讨论了将低失真、低噪声、高速放大器用作dac缓冲器的一些优势,并将其性能与变压器进行了比较.同时比较了采用两种不同架构的三类应用电路,并以实例展示了dac和ad8129、ada4857-1/ada4857-2以及ada4817-1/ada4817-2放大器的测量数据.数据显示,放大器在频率低于1mhz时的性能优于变压器,在频率不超过80 mhz时,非常接近变压器.在权衡考虑功耗和失真时,放大器的选择非常重要.
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图15. ad8129/ad8130差动放大器
图16. 采用ad8129/ad8130的dac缓冲器
方程1和方程2所示为放大器的输出电压与dac的互补输出电流之间的关系.端接电阻rt,执行电流-电压转换；rf与rg之比决定了增益.vref在方程2中被设为0.
(1)
(2)
在图16中,该电路采用一个四通道高速、低功耗、14位dac,其中,互补电流输出级将提高速度,降低低功耗dac的失真.
图17展示的是电路的无杂散动态范围(sfdr),它是频率的函数,采用dac和ad8129,其中,rf= 2kω,rg= 221ω,rt= 100ω, 且vo= 8vp-p, 两个电源电压对应的不同值.此处选择了ad8129,因为它提供较大的输出信号,在g = 10时保持稳定,与ad8130相比,具有较高的增益带宽积.两种情况下,sfdr一般都要好于55db,超过10mhz,在低电源电压下,约有>3db的改善.
图17. dac和ad8129的失真 vo= 8 v p-p
单位增益下的运算放大器: 第二个电路（图18）采用了一个高速放大器与两个 rt电阻.该放大器只是通过,rt将互补电流i1和 i2, 转换成单端输出电压,vo这个简单的电路不允许以放大器为增益模块放大信号.
图18. 采用运算放大器的简单差分到单端转换器
方程3所示为vo与dac输出电流之间的关系.失真数据通过与rt并联的5pf电容进行测量
(3)
为了展示这个电路的性能,dac与ada4857和ada4817运算放大器配对,其中t=125ω (and ct= cf= 5 pf与rt并联,以实现稳定性和低通滤波）.单通道ada4857-1和双通道ada4857-2为单位增益稳定型、高速、电压反馈放大器,具有低失真、低噪声和高压摆率等特点.作为众多应用（包括超声、ate、有源滤波器、adc驱动器等）的理想解决方案,其带宽为850 mhz,压摆率为2800 v/μs,0.1%建立时间为10ns——全部都是在5ma的静态工作电流下实现.ada4857-1和ada4857-2具有宽工作电压范围（5v至10v）,特别适合需要宽动态范围、精密、高速度和低功耗的系统
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(4)
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