低成本高速差动放大器AD8132

    摘要：AD8132是ADI公司推出的一种新型低成本的高速率差动放大器。它具有电阻来控制增益特性，有独特的内部反馈，并可调整输出增益，维持相位平衡。可广泛应用于差模信号的传输和长线传输信号等多场合。文中介绍了它的功能和工作原理，并给出了多种应用电路。

    关键词：电阻控制增益 差动放大器 内部共模反馈 AD8132

1 概述

AD8132是一种低成本的具有单输入或差模输入和差模输出的放大器，它可用电阻来控制增益。AD8132有其独特的内部反馈，可以调整输出增益。当AD8132工作在10MHz时，可以保持-68dB的相位平衡，还可以抑制谐波，并能有效降低电磁辐射，这一点是驱动差模输入A/D转换器或者长距离传输信号用运算放大器技术的一个较大改进。

在ADI公司基于双极性XFCB技术基础上的产品中，AD8132除了具有低成本的特性以外，其通带频率可高达350MHz，并能传输差模信号。它在5MHz时只有-99dBc的SFDR失真度。AD8132无需带有高性能的A/D转换器的发送器，不会损失低频信息和直流信息，其差模输出端的共模电平可以通过VOCM管脚的输入电压来调整，这样在驱动单电源的A/D转换器时，可以快捷地平移输入电平。AD8132快速的过载恢复能力则可保证它的采样准确性。

AD8132也可以作为差模信号驱动器来通过绞缆或者同轴电缆传输高速信号。AD8132可以通过调整反馈网络的反馈系数来提高信号中的高频成分，并可驱动cat3或者cat5组成的绞缆或同轴电缆，且线路损耗很小，因此，可广泛应用于模拟视频信号和数字视频信号以及其它高速数据的传输系统。

AD8132为差模信号操作方式，并可以大地为参考电平，故而受地面噪声的影响很小。它可以通过一条信号链进行差模信号处理，如进行滤波和放大等，因而可大大简化差模信号与单输入信号之间的转换过程。

AD8132采用SOIC和μSOIC封装形式。可工作在-40℃～+85℃温度范围内。

2 引脚功能

图1所示为AD8132的管脚图，表1所列为其管脚的功能说明。

表1 AD8132的管脚功能说明

管脚标号	管脚名称	管脚功能
1	-IN	负输入
2	VOCM	1：2共模输出电压端
3	V+	正电源电压
4	+OUT	正输出，与-DIN电压反相
5	-OUT	负输出，与+DIN电压反相
6	V-	负电源电压
7	NC	悬空端
8	+IN	正输入

3 工作原理

AD8132与普通运放的差别在于其他电路结构上有互补的外部输入输出。其，输入VOCM可用来控制共模输出电压，而输出则是普通运放的单输出模拟补充成分。在工作时，普通的运放通常只有一个反馈回路，而AD8132却有两个反馈回路。这就使得AD8132可以广泛应用于各种新型的电路。

    AD8132的一个反馈回路可用来控制共模输出电压，以VOCM为输入信号，相对应的输出为共模电压或者两个差模电压（+OUT和-OUT）的平衡值。电路的增益通常设为单位增益。当AD8132工作在线性区时，必须遵循VOUT,cm=VOCM的限制条件。另一个反馈回路则决定着电路的差模输出。与普通运放类似，放大器的增益可通过负反馈来控制。

4 AD8132的应用电路

4.1 基本应用电路

    在分析AD8132的应用电路时，应基于以下假设：

●高输入阻抗，且负载效应可忽略；

●输入偏置电流足够小，可以忽略；

●低输出阻抗；

●开环增益无穷大；

●失调电压为0。

由于AD8132可以由纯差模电压来驱动，故AD8132可以广泛应用于各种具有差模输出的单输入电路。

在具有差模输出的单输入电路中的零输入情况下，RG应与参考端相连（这里的参考端假设为地）。图2是AD8132使用两个反馈回路的一个基本电路。

对于反馈网络而言，可以求得反馈因子：

β1=RG1/（RG1+RF1）；β2=RG2/(RG2+RF2)

其中β1是指驱动端的反馈因子，而β2是指参考电压端的反馈因子。各反馈因子均为可0～1之间的任何值。电路增益的通用公式为：

G=2(1-β1)/(β1+β2)

4.2 A/D驱动器

最新的高速A/D转换器通常都是单输入，同时也有差模输入端。因此，A/D转换器的驱动器应该具备将单输入信号转换成差模信号的功能，并且能够平移共模输出电压电平，而且应该是低失真低噪声的。对于这样的A/D转换器，采用AD8132来驱动是最适合的。图3是采用AD8132来驱动10位40MSPS的A/D转换器AD9203的驱动电路。

图3中，AD8132和AD9203均由3V单电源驱动。AD8132以1Vp-p的信号作为输入信号，采用分压器可将VOCM的电压值调在电压中点。因此，VOUT，dm得到的亦为电压中点值，这正好在AD9203的共模输出范围内。在A/D和驱动器之间是一个单级差动滤波器，利用它可滤部分噪声。每个A/D输入端均由0.5Vp-p的直流信号（范围为1.25V～1.75V）驱动。

4.3 平衡电阻驱动器

当驱动比绞线缆时，通常要设计为传输差模信号，这是因为传输线通常都用平衡绞缆，所以，使用差模信号传输可以使信号在线路中的衰减达到最小。

感应电场通常都被限制在两根绞缆围成的区域里，一般不会发生辐射。电缆中的电流引起的磁场则有可能带来辐射，但是绞缆又常常可以限制电磁辐射的大小。因为相邻的绞缆具有相反的磁场极性。若两根绞缆绞合的足够紧密，这些小磁场环路将会包含绝大部分的磁通量，因此，远磁场的效应可以忽略。

差模信号的任何不平衡现象都会共模信号的形式作用于电缆，这就等同于以共模信号驱动单根电缆。这样，电缆就等同于一根天线。因此，为了尽量减少辐，在以差模信号作用为于绞缆时，差模信号必须得到很好的匹配。AD8132的共模反馈回路有助于使输出端的共模电压量小化，因此，可用作平衡差模线路的驱动器。图4是一个使用AD830作为单位增益的差模信号接受器，可用来驱动10米长的cat5电缆。

4.4 发送均衡器

只要是导线，不论长短，都会对其所携带的信息有所衰减，尤其是高频信号。一种补偿方法是使用一个平衡补偿电路在发送电路中激发高频信号，以减弱信号在电缆的终极接受端的衰减。在更高的频率下，降低反馈网络中RG的阻抗值呆以提高电路的高频增益，图5是一种增益为2的发送线路驱动器的频率上拉电路。其RG采用10pF的电容分流。

4.5 低能差动滤波器

AD8132可应用于各种不同类型的有源滤波网络。它们拥有单输入端和差模输出端，在驱动差动A/D转换器时有去假频的功能。图6为一个低通多反馈滤波器的框图，其工作部分包括两级滤波，在输出端又有一个附加滤波网络，其通带频率高达1MHz。

4.6 高共模输出阻抗放大器

改变VOCM的线路连接，可提高共模输出阻抗。在图7所示电路中，VOCM由分压器驱动，这样可调整共模输出电压；此时，10m长的cat5绞缆接收端的信号为电压中点值。所有由噪声引起的共模信号将会出现在发送端，也必须在发送端被吸收掉。因此，要求发送器具足够的共模输出范围，以完全吸收掉电缆中所产生的共模信号。这就是人们有时所说的电路“变压器效应”。但该电路与发送器的主要区别是AD8132同时也传输直流信号，而送器则不会传输直流信号。