驱动高分辨率ADC：全差分驱动器技术解析

本文主要探讨了模拟技术中用于驱动精密ADC的差分驱动器，特别是针对那些具有高分辨率（16至18位）且采样速率高达10MSPS的ADC。全差分ADC设计的优势在于其卓越的共模抑制能力、较低的二阶失真以及简单的直流调整算法。在需要直流响应的应用中，差分驱动器成为必要的选择，以替代不能处理直流信号的变压器。 差分输入ADC的特性在于其能够有效地减少噪声干扰和提高信号质量。使用差分输入结构，可以显著降低共模噪声，因为这种结构可以区分信号与噪声，只保留差分信号，即信号在两个输入之间的差异。此外，由于二阶失真产物较少，整个系统的线性度得到改善。对于那些采用全差分设计的ADC，虽然也可以通过单端驱动，但是为了最大化系统性能，通常推荐使用差分驱动器。 在驱动高速ADC时，例如10MSPS的采样速率，输入信号的带宽通常限制在几兆赫兹。MT-075教程则专门讨论了适用于更高速度ADC的差分放大器设计。这些ADC通常使用CMOS开关电容流水线架构，其输入电路（如图1所示）是非缓冲的，这可能导致开关瞬态问题，因此驱动放大器需要有快速的瞬态建立时间以确保在半个采样周期内达到所需的精度。 图1显示了一个典型的非缓冲开关电容CMOS采样保持（SHA）的输入电路。在这种配置中，SHA的开关直接连接到输入，导致输入阻抗在SHA在采样和保持模式之间切换时动态变化，且与模拟输入频率有关。差分驱动在此结构中尤为重要，因为它能帮助抑制开关瞬态产生的共模噪声。尽管可以单端驱动，但这样会导致偶数阶失真的增加，从而降低信号到杂散失真比（SFDR）。 图2（A）进一步展示了非缓冲CMOS输入电路的细节，其中输入信号通过跟踪模式对保持电容进行充放电，然后在保持模式下将电容电压传输到输出。差分驱动在这个过程中起到关键作用，因为它能有效管理这些瞬态过程，保证ADC的稳定性和精度。 模拟技术中的精密ADC通常采用差分驱动器来提升性能，尤其是在高速和高分辨率的环境中。设计人员需要考虑ADC的输入特性、瞬态响应、共模抑制以及输入阻抗的动态变化，以选择或设计合适的差分驱动方案，确保最佳的转换性能和信噪比。