LT1993-10：低失真、低噪聲差分放大器/ADC驅動器的卓越之選

在電子設計領域，對于高質量、高性能的差分放大器和ADC驅動器的需求日益增長。今天我們就來深入了解一下ADI公司的LT1993 - 10，這是一款在DC至700MHz頻率范圍內表現出色的低失真、低噪聲差分放大器/ADC驅動器。

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一、關鍵特性分析

1. 帶寬與增益

• 帶寬：擁有700MHz的 - 3dB帶寬，能夠滿足許多高頻應用的需求，確保信號在較寬的頻率范圍內都能得到良好的處理。
• 增益：固定增益為10V/V（20dB），并且該增益獨立于負載電阻(R_{LOAD})，這為設計帶來了很大的便利性，工程師無需過多考慮負載對增益的影響。

2. 失真與噪聲性能

• 失真：在不同頻率下都展現出了極低的失真特性。例如，在70MHz、(2V{p - p})輸入時，OIP3可達40dBm，HD3為 - 70dBc；在10MHz、(2V{p - p})輸入時，OIP3為50.5dBm，HD3為 - 91dBc。這樣低的失真度能夠有效保證信號的質量，減少干擾。
• 噪聲：噪聲系數低至12.7dB，輸入參考噪聲電壓密度(e_{n}=1.9nV/sqrt{Hz})，可以在信號處理過程中最大程度地減少噪聲的引入，提高系統的信噪比。

3. 輸入輸出特性

• 輸入：采用差分輸入方式，具有100Ω的差分輸入阻抗，并且支持DC或AC耦合操作。輸入可以是單端或差分信號，性能幾乎無差異，同時還能獨立設置輸入的DC電平。
• 輸出：有普通未濾波輸出（+OUT和 - OUT）和內置175MHz差分低通濾波的輸出（+OUTFILTERED和 - OUTFILTERED）可供選擇。輸出的共模電壓可以通過(V_{OCM})引腳輕松設置，許多應用中無需輸出變壓器或AC耦合電容。

4. 其他特性

• 封裝小巧：采用0.75mm高的16引腳3×3 QFN封裝，節省了電路板空間，適合用于對空間要求較高的設計。
• 低功耗：在5V電源下工作，僅消耗100mA電流，并且具有使能引腳，當使能引腳為高電平時，器件處于禁用狀態，此時僅消耗250μA電流，可有效降低功耗。

二、典型應用場景

1. 差分ADC驅動

LT1993 - 10專為與高速模數轉換器（ADC）直接接口而設計。許多高速ADC具有差分輸入，輸入阻抗通常為1kΩ或更高，LT1993 - 10的未濾波和濾波輸出都能輕松驅動這些高阻抗輸入的差分ADC。若使用濾波輸出，還可根據具體應用調整截止頻率和濾波器類型。

2. 單端轉差分

其內部拓撲結構使得在單端輸入時的性能與差分輸入時相當。當 + INA和 + INB引腳輸入單端信號，而 - INA和 - INB引腳接地時，+ OUT和 - OUT引腳能實現差分輸出，避免了傳統拓撲中由共模放大器帶來的性能限制。

3. 寬帶應用

在需要使用LT1993 - 10全帶寬的應用中，可使用未濾波輸出引腳（+ OUT和 - OUT）。這些引腳輸出阻抗低，增益不受輸出負載影響。不過，直接在未濾波輸出端放置超過5pF的電容會導致額外的峰值并降低性能。在直接驅動ADC時，建議在輸出端與ADC輸入端之間添加一個10Ω至25Ω的小串聯電阻，以消除與ADC輸入或LT1993 - 10輸出的鍵合線電感相關的共振。

4. 濾波應用

為了提供抗混疊或改善信噪比，通常需要在輸出端進行濾波。LT1993 - 10提供了一對額外的差分濾波輸出（+ OUTFILTERED和 - OUTFILTERED），內置了一個 - 3dB帶寬為175MHz的低通濾波器網絡。用戶還可以通過添加少量外部組件輕松修改濾波器的截止頻率，實現低通、帶通等不同類型的濾波。

三、設計要點與注意事項

1. 輸入阻抗匹配

由于內部反饋網絡的存在，LT1993 - 10的輸入阻抗計算較為復雜。差分驅動時輸入阻抗為100Ω，單端驅動時為85.9Ω。對于單端50Ω應用，可使用一個121Ω的并聯匹配電阻接地來實現正確的輸入端接；對于差分輸入，若輸入源為50Ω差分，可通過在輸入端跨接一個100Ω的并聯電阻或在每個輸入端接地一個49.9Ω的并聯電阻來實現輸入匹配。

2. 輸出濾波調整

• 增加帶寬：若要增加濾波器的截止頻率，可在 + OUT和 + OUTFILTERED之間以及 - OUT和 - OUTFILTERED之間各添加一個相等阻值的電阻。例如，添加兩個25Ω的外部電阻可將濾波器帶寬翻倍。
• 減小帶寬：要減小濾波器帶寬，可從 + OUTFILTERED和 - OUTFILTERED分別接地添加兩個外部電容，或者在兩個濾波輸出端之間添加一個差分電容。例如，添加兩個36pF的電容（每個濾波輸出端接地一個）或一個18pF的差分電容可將濾波器帶寬減半。
• 帶通濾波：通過在 + OUTFILTERED和 - OUTFILTERED之間差分添加一個120pF的電容和一個39nH的電感，可實現一個中心頻率為71MHz、 - 3dB點為55MHz和87MHz、插入損耗為1.6dB的帶通濾波器。

3. 輸出共模電壓調整

輸出共模電壓由(V{OCM})引腳設置，該引腳是一個高阻抗輸入，可將輸出共模電壓設置在1.1V至3.6V的范圍內。為獲得最佳失真性能，(V{OCM})引腳的電壓應在1.8V至2.6V之間。在與大多數ADC接口時，需根據ADC的情況進行相應的連接和處理。例如，對于5V的ADC，可將其(V{OCM})輸出引腳直接連接到LT1993 - 10的(V{OCM})引腳，并添加一個0.1μF的電容；對于3V的ADC，可通過電阻分壓器將其(V_{CM})參考電壓提升至至少1.8V，以改善無雜散動態范圍（SFDR）和失真性能。

4. 輸入偏置

輸入引腳內部偏置到(V{OCM})引腳的電壓，即使在AC耦合操作時也無需外部偏置電阻。輸入偏置電流由輸入共模電壓與(V{OCM})引腳電壓之間的差值決定，差值會在100Ω電阻上產生輸入偏置電流。

四、總結

LT1993 - 10是一款性能卓越的差分放大器/ADC驅動器，具有寬帶寬、低失真、低噪聲等優點，并且在輸入輸出特性、濾波功能、共模電壓調整等方面都為工程師提供了很大的設計靈活性。無論是在通信、成像還是其他需要高性能信號處理的領域，LT1993 - 10都能成為一個不錯的選擇。在實際設計中，工程師需要根據具體的應用需求，合理利用其各項特性，并注意輸入阻抗匹配、濾波調整、共模電壓設置等設計要點，以充分發揮其性能優勢。大家在使用過程中有沒有遇到過一些特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。