原创 ADA4930用作ADC驱动器分析

概述

模数转换系统计划由前一代的AD9218升级到AD9633，之前的AD驱动器AD8138应该是可以使用的，为了减少电路面积，选择了ADA4930。

相对AD8138，ADA4930-2单芯片集成了2个通道，如此2片ADA4930-2就可以驱动一片AD9633了。

ADA4930外围电路配置

依据手册描述，单位增益下，ADA4930的RG必须大于等于301欧姆，参考手册中表格11到13，得出RF和RG都采用301欧姆。手册的图46给出了典型单端输入，增益1，输入源2Vpp，源端电阻50欧姆，如图1所示。

图1：单端输入阻抗RIN

这里注意RIN是单端信号接入点向内看去的输入电阻，即从RG1左侧向右侧看去。图1给出该点向右看去的电阻为401欧姆，具体推算公式手册已经给出基于平衡输入的简化版，即如图2所示。

图2：平衡单端输入的ADA4930输入阻抗推算公式

所谓的平衡，即RG1=RG2=RG，RF1=RF2=RF，图1中RG和RF均为301欧姆。为了给输入进行端接，需要在输入端端接一个电阻，并将输入阻抗从401欧姆改变为50欧姆。也就是说通过这个端接的电阻与401欧姆并联等于50欧姆来推算该端接电阻的阻值。手册里提供了详细的迭代过程，最终得到手册中图50所示的结构，这里截取如图3所示。

图3：端接后的单端转差分系统，单位增益，G=1

因为输入信号的内阻为50欧姆，从RT、RG节点向外看输入阻抗是50欧姆（向外看就是从右到左），为了确保电路的增益是1，正负端的RG*电阻的阻值要调整。这样端接后，RT、RG节点的电压是输入信号电压的一半。

上述这个电路实现的是末端匹配，如果输入的信号源的内阻为零（或者内阻为高阻抗，这个在信号发生器AFG3101中是可以设置的）时，RT、RG节点的电压又会是输入信号电压的多少呢。

图3电路是双电源供电电路，为了减少电源轨，ADA4930也支持单电源供电，为了对接SiPM读出电路并降低功耗，VS采用+3.3V。

单电源供电时，放大器输入端的共模电压VP和VN可能必须升高，以符合额定输入共模范围。器件手册给出了在VS = 3.3 V时，ADA4930-1/ADA4930-2求和节点的输入共模范围是0.3 V至1.5 V。为了避免非线性，在+IN和−IN 端的电压摆幅必须符合该范围。

为了达到升高VP和VN的目的，手册给出了两种方法：电源的直流偏置，如图4左侧电路所示，或者在每个 输入与电源间连接电阻RCM ，如图4右侧电路所示。

图4：单电源端接单端转差分系统（左）与使用电阻单电源偏置（右）

需要注意的是，图4右侧电路有个小瑕疵，即电路画出的是双电源轨方案。手册中分别针对上述两个电路进行推导，并得到了最终的VDC和RCM值，具体值可以查ADA4930手册，这里需要提醒的是，手册给出的推导过程有错误，根据与ADI工程师沟通，确认了该错误。该错误位于推导计算的第二步，使用-0.5V的最小输入时，应该无法得到9933欧姆RCM的推导值，实际应该使用-1V时才能正确推导出9933的RCM。最终成型的电路如图5所示。

图5：最终推导完成的直流偏置和偏置电阻单电源成型电路

完成了上述分析和学习，下一步就要开始对上述电路进行仿真，完成仿真后就要开始电路板设计。电路设计还需要对AD9633的手册进行学习和分析。SiPM读出系统给出的模拟信号还有一个点需要注意，即信号为单端单极性，而上述分析来自手册，均是基于双极性输入信号。那么我们的单极性模拟信号作为输入的时候，图5所示的最终成型电路还需要作何调整呢？

参考

[1] ADA4930-1/ADA4930-2:Ultralow Noise Drivers for Low Voltage ADCs Datasheet

[2] AN-1026