高速三通道2:1多路復用器AD8183/AD8185的特性與應用

在當今高速電子系統設計中，對于能夠實現快速信號切換和處理的高性能多路復用器的需求日益增長。AD8183和AD8185作為Analog Devices公司推出的高速三通道2:1多路復用器，憑借其卓越的性能，在眾多領域得到了廣泛應用。下面我們就來詳細了解一下這兩款器件。

文件下載：AD8185.pdf

器件概述

AD8183（增益G = +1）和AD8185（增益G = +2）是高速三通道2:1多路復用器，專為在兩個RGB（紅、綠、藍）視頻源之間進行選擇而優化。它們具有高達380 MHz的-3 dB信號帶寬和1000 V/μs的壓擺率，在10 MHz時通道間串擾和隔離優于 -90 dB，非常適合許多高速應用。

器件特性

高速性能

• 帶寬：小信號時-3 dB帶寬可達590/360 MHz（AD8183/AD8185），大信號（(V{OUT}=2V p - p)）時為380/320 MHz。在(V{OUT}=2V p - p)、(R_{L}=150 Omega)條件下，0.1 dB帶寬為310/300 MHz。如此高的帶寬使得它們能夠處理高頻信號，滿足高速視頻應用的需求。
• 壓擺率：(V{OUT}=2V p - p)、(R{L}=150 Omega)時，AD8183壓擺率為1000 V/μs，AD8185為1150 V/μs。高的壓擺率意味著能夠快速響應信號的變化，減少信號失真。
• 開關速度：通道間切換時間僅為15 ns，能夠快速實現信號的切換，適用于對切換速度要求較高的場景。

低功耗

兩款器件的功耗較低，在±5 V電源電壓下，電流消耗小于25 mA。低功耗特性不僅可以降低系統的能耗，還能減少散熱問題，提高系統的穩定性。

出色的視頻規格

• 增益平坦度：在90 MHz范圍內增益平坦度為0.1 dB，能夠保證信號在較寬的頻率范圍內保持穩定的增益，減少信號的失真。
• 差分增益和相位誤差：差分增益誤差為0.01%，差分相位誤差為0.02°，確保了視頻信號的高質量傳輸。
• 串擾和隔離：全有害串擾在5 MHz時為 -84 dB，50 MHz時為 -54 dB；通道間串擾在100 MHz時為 -56 dB；“關斷”隔離在10 MHz時為 -100 dB。低串擾和高隔離性能可以有效避免信號之間的干擾，提高系統的抗干擾能力。

其他特性

• 高阻抗輸出禁用功能：可以將輸出設置為高阻抗狀態，便于連接多個器件，構建更大的輸入陣列，同時最小化“關斷”通道的輸出負載。
• 低成本：在提供高性能的同時，具有較低的成本，為工程師在設計時提供了更具性價比的選擇。

工作原理

AD8183和AD8185由三個獨立的通道組成，每個通道包含兩個輸入跨導級和一個輸出跨阻級。通過一個邏輯引腳（SELECT (overline{A} / B)）選擇合適的輸入跨導級，使三個輸出同時切換輸入連接。未使用的輸入級通過“t - 開關”方案禁用，以提供“導通”和“關斷”輸入之間的出色串擾隔離。

跨導級（NPN差分對）將信號電流源輸入到折疊共源共柵輸出級。每個輸出級包含一個補償網絡和發射極跟隨器輸出緩沖器。內部電壓反饋設置增益，AD8183配置為單位增益跟隨器，AD8185配置為具有反饋網絡的增益為2的放大器。

應用場景

像素切換

在“畫中畫”應用中，需要快速切換不同的視頻源，AD8183和AD8185的高速通道切換能力使其能夠滿足像素切換的需求，實現清晰、流暢的畫面顯示。

顯示設備中的RGB切換

在LCD和等離子顯示器中，用于切換RGB信號，確保不同顏色信號的準確傳輸，提高顯示質量。

RGB視頻切換器和路由器

在視頻信號的切換和路由系統中，其高速性能和低串擾特性可以保證信號的穩定傳輸，避免信號干擾和失真。

設計考慮因素

驅動容性負載

當驅動大容性負載時，大多數放大器在脈沖響應中會出現峰值/振鈴現象。為了最小化峰值并確保較大容性負載值時的穩定性，可以在輸出和負載電容(C{L})之間添加一個小電阻(R{S})。

電源和布局

• 接地平面：設計時應從一個堅實的接地平面開始，將器件的所有GND引腳直接連接到該接地平面。
• 旁路電容：在每個電源引腳（(VCC)和(VEE)）與接地平面之間連接旁路電容。高頻旁路建議使用0.01 μF的表面貼裝芯片電容，并盡可能靠近IC；低頻旁路則使用至少10 μF的鉭電容，由于低頻時寄生電感影響較小，這些電容不一定要非常靠近IC引腳。

串擾問題

雖然AD8183和AD8185本身具有出色的低串擾性能，但為了實現最佳的串擾性能，還需要注意以下設計細節：

• 引腳布局：器件的輸入和輸出引腳之間至少由一個電源引腳或接地引腳分隔，這種封裝架構有助于減少串擾。
• 信號路由：在PCB板上，對于必須并行運行一定長度的信號，應使用屏蔽和隔離措施；如果信號必須交叉，應保持走線寬度較窄，并使信號以直角交叉，以最小化走線之間的電容。

4:1 RGB多路復用器設計

通過將兩個AD8185組合，可以實現一個4:1 RGB多路復用器，用于在四個RGB源中選擇一個來驅動顯示器。每個RGB源連接到其中一個AD8185的三個“A”或“B”輸入，所有R、G、B信號分別連接到“0”、“1”、“2”輸入，并在靠近IC引腳處用標準75 Ω電阻接地。

每個AD8185的輸出都有一個75 Ω的串聯電阻，為顯示器負載提供反向端接。通過兩個控制位選擇RGB信號的輸入源，一個控制位用于每個器件的SEL (overline{A} / B)輸入，另一個控制位用于兩個器件的(overline{OE})輸入。同時，為每個器件提供一個延遲電路，確保在啟用另一個器件的輸出之前禁用當前器件的輸出，避免同時啟用輸出導致的干擾。

總結

AD8183和AD8185以其高速、低功耗、出色的視頻規格和豐富的功能特性，為電子工程師在高速視頻應用和信號切換設計中提供了一個優秀的解決方案。在實際設計過程中，工程師需要根據具體的應用需求，合理考慮驅動負載、電源布局和串擾等因素，以充分發揮這兩款器件的性能優勢。你在使用類似多路復用器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。