标签: ADA4930

概述 基于前述ADA4930用作ADC驱动器的分析，下一步即开展启动器电路的仿真。ADI为用户提供全差分运输放大器仿真工具Diff-Amp Calculator，同时凌特被ADI收购之后，之前凌特的仿真工具LTSpice也可以拿来对ADA4930运放进行仿真。 本文记录使用上述两种工具对ADA4930的仿真，以及仿真获得成果，同时依据仿真对ADC驱动电路进行完善。 使用Diff-Amp Calculator仿真 驱动器详细型号为ADA4930-2YCPZ，即双通道单端转差分模拟放大器，作为AD9633的前端驱动，每片ADC需要2片驱动。 驱动电路设计参考了器件手册，以及ADI提供的仿真工具Diff-Amp Calculator搭建的模型电路，如图1所示。 图1：ADC驱动放大器仿真电路模型 驱动电路设计有几个关键点： 放大器单电源轨 前端单端模拟信号要求单极性输入 Vocm来自后端AD9633提供，即两片放大器共享单片AD9633提供的Vocm ADA4930D 数据手册并未提供单极性信号输入的参考电路，比如手册中的图51到图55讨论的都是双极性信号输入，所以实际电路设计的时候我们无法直接照搬，上述仿真电路中为了得到单极性2Vpp的输入源，VS DC为1V或1000mV。放大器VN端单独接入直流偏置，其余部分与之前的分析一样。 根据之前分析，从VinP向右看去，输入阻抗为50欧姆，而源端阻抗50欧姆，所以2Vpp的信号在VinP点则为1Vpp。同时注意，Vp与Vn的共模电压范围限制在0.3~1.2V之间，这是手册给出的指标参数要求。输出的信号，VoutP与VoutN都在相同的共模电压，即0.9V上上下摆动，VDiff虽然也显示为在0.9上上下各摆动1V，即2Vpp。所以整个电路体现的增益为1，是为VDiff/Vs。需要注意的是，输出的VDiff为何也在0.9V上上下摆动，理论上应该在0V上上下摆动。 同时，图1所示的电路其实与手册中给出的单端直流偏置端接电路还是有所不一样的，即图1中直流是分别加入到正负端，而手册中图51~图53中是同一直流加入两端。图1信号源为单端单极性模拟信号，即信号下限固定在0电位，图1表现为2Vpp的信号添加1V直流偏置。当信号幅度变化时，为了继续维持单极性，那么偏置直流也会跟随变化。 从以上可以看出，Diff-Amp Calculator这个工具虽然使用方便，但很多地方限制太多。比如似乎无法指定其它的RF值，也没办法仿真手册中图55所示的电路。所以下一节则介绍了使用LTSpice来仿真。 使用LTSpice仿真 为了简化电路，又由于输入信号固定为单极性信号，所以信号端不需要额外进行直流偏置。那么为了不增加的额外的直流源，经过与ADI的工程师讨论，他建议可以使用放大器供电电压来产生一个替换的直流偏置。该替换方案的仿真电路如图2所示。 AD9633默认的输入动态范围是2Vpp，所以图1中输入信号设置最大也是2Vpp，由于实际系统中模拟脉冲都是0V之上的正脉冲，所以图中输入信号源是单极性单端模拟信号。 而工具Diff-Amp Calculator无法随意对其中的元件进行更换调整，所以又使用LTSpice对仿真电路进行调整，具体调整的地方是放大器负端，使用+3.3V来替换图1中的1Vdc源，这样电路设计时可以减少电压源数量。即使用+3.3V串接一个300欧姆左右的电阻来提供图1中的1Vdc，修改后的LTSpice仿真电路如图2所示。 图2：替换1Vdc之后放大器的LTSpice仿真电路图及信号源设置 注意，图2右侧给出了LTSpice仿真中信号源参数设置。为了使用单极性信号源，设置参数有，偏置直流1V，信号幅度1000mV，信号频率1MHz以及源阻抗50欧姆。注意图1与图2中信号源是一样的，一个是2Vpp，即peak到peak之间是2000mV，另一个是正弦波幅度1000mV，即peak到偏置直流幅度是1000mV，其peak到peak也是2000mV。所以这两个仿真电路有相同的仿真结果，如图3为LTSpice的仿真结果。 图3：ADA4930-2的LTSpcie仿真结果 需要注意的是，ADI的Diff-Amp Calculator似乎将输出的差分信号Vdiff的摆幅中心挪移到了与Vop和Von相同的共模位置，而LTSpice给出V(OUPp,OUPn)摆幅中位是位于0V处。 LTSpice也可以对手册中其它电路进行仿真，这里不再赘述。LTSpice虽然用起来少了Diff-Amp Calculator的便利，但是可以搭建更多的电路方案实现仿真。 附注： 为了了解仿真内容，AN-1026给出详尽的介绍。这里摘取与SiPM读出系统有关部分，即单端模拟输入信号。如图4所示，给出了单端端接ADC驱动器差分输出的工作方式。 图4：ADC驱动器单端输入示例 虽然输入为单端性质，但VIN, dm仍等于VIN。由于电阻RF和RG相等且平衡，故为单位增益，且差分输出VOP−VON等于输入，即4Vp-p。VOUT,cm等于VOCM= 2.5V；来自低反馈电路的两个输入电压VA+和VA−等于VOP/2。 利用公式VOUT,cm=VOP−VON和公式VOUT,cm=（VOP+VON）/2，可得 VOP=VOCM+ VIN/2, ±1V 同相摆动约 2.5V。VON= VOCM− VIN/2, ±1V反相摆动约 2.5 V。因此，VA+和 VA−在±0.5 V下约摆动1.25V。必须由VIN提供的电流的交流成分为 (2V – 0.5V)/500 Ω = 3 mA， 因此，必须匹配的接地电阻（从VIN看过去）为 667Ω。 参考 ADA4930-1/ADA4930-2:Ultralow Noise Drivers for Low Voltage ADCs Datasheet AN-1026