高速转换系统，尤其是电信领域的转换系统，允许模数转换器(ADC)输入信号为AC耦合信号(通过利用变压器、电容器或两者的组合)。但对于测试和测量行业而言，前端设计并非如此简单，这是因为除提供AC耦合能力之外，该应用领域通常要求输入信号与DC耦合。设计可提供良好脉冲响应和低失真性能(≥500MHz的DC频率)的有源前端充满挑战。本文就适用于高速数据采集的高性能ADC使用的模拟前端提供几种设计思想和建议。

　　图1：LMH6703频响。

　　使用差分放大器是将高频模拟信号与ADC的输入相连的方法。因此，需要选择的个器件就是差分输出运算放大器。选择这类器件时，主要有两个考虑因素：增益带宽积和从外部电压设置运算放大器的共模输出电压的能力。这是因为驱动ADC输入的信号放大器将共模输出电压(VCMO)设置在适合的ADC范围内是很重要的。如果不能满足这些条件，ADC的性能会随着放大器的VCMO和ADC的输入共模电压间不一致程度的增加而大幅降低。

　　宽带差分运算放大器的主要劣势在于其增益通常都很有限，且其增益级别也许在内部已经预设。根据应用的不同，可能需要为设计添加前置放大器，从而满足必须的增益要求。

　　至于前置放大器应该采用宽带运算放大器，以满足ADC的预期输入频率。对于采样速率高达1GSPS的系统而言，这等于要求过采样系统具有高达500MHz的输入带宽。

　　图2：二级放大器电路图。

　　对于与大增益(如AV=10)一起工作并能保持这样大的带宽的运算放大器而言，其等同于5GHz增益带宽积(GBW)。由于该架构固有的频响和增益之间的直接折中，大多数的电压反馈放大器都不能满足该要求。然而，电流反馈放大器在这些参数中保持较好的关系，因为其性能通常由运算放大器电路内的反馈电阻值决定。运算放大器LMH6703非常适于在增益设置为1～10的高带宽下工作。该器件可与所选的差分放大器一起使用，从而在高带宽系统(如示波器和数据采集卡)中提供额外的增益要求。该放大器的频响见图１。

　　图3：带有扩展AC信号性能的系统频响。

　　如果增益设置为10且带宽为500MHz，则由图１得到300欧姆的推荐反馈电阻(RF1)。

　　因此RG1(增益电阻)可选为33欧姆。图2是LMH6703和一个差分放大器一起使用的电路实例。

　　除了需要具有合适的DC信号通道的固定增益级别的系统，该应用还需要一个AC耦合模式。这是因为DC信号通道通常受到输入放大器所产生的增益带宽的限制。对于数据采集器件或需要很宽的输入带宽和低失真的通信通道而言，我们需要采用AC信号通道。这可将输入频率上限扩展到DC信号通道容量以外。

　　解决办法有很多种，选择哪种方法在很大程度上取决于的输入频率以及所需的高频性能。对于高频下(≥200MHz)的AC性能而言，平衡/非平衡变压器为实现单端-差分转换提供了解决方案，因为增加的信号失真很少。其折衷在于平衡/非平衡变压器是有损耗器件，会小幅(-12dB)削弱信号，并且它们的低频性能很差。通过使用单刀RF继电器来将单端输出信号从前置放大器切换到差分放大器或平衡/非平衡转换电路中，可以将平衡/非平衡耦合信号通道插入图3所示的电路中。还需要另一个单刀双掷RF继电器来将平衡/非平衡变压器和差分放大器的输出转发到ADC输入中。

　　图4：198 MHz正弦波(由高速差分输出运算放大器发送、由ADC08D500以500 MSPS的速率进行采样)的FFT图。

　　该电路很适于高端测试和测量设备。但是，对于成本敏感的应用，RF信号继电器的成本造成了系统预算的负担，特别是在需要多个通道的情况下。因此低速系统选择可用于AC耦合和DC耦合模式的差分输出运算放大器会很有利，从而去除了平衡/非平衡转换电路。特别适合于该任务的放大器开始逐渐出现，并在逐渐提高带宽和THD方面的性能。

　　对于8位1GSPS的转换器而言，在500MHz下能够提供-50dB THD值的、带宽为1GHz的差分放大器是很适合的。利用可以极大缩短前端设计时间的现成的运算放大器元件，可以从高速ADC获取较好的动态性能。在频率上限处，放大器引起的SINAD损耗不超过34dB。图4展示了198MHz输入信号(由宽带差分输出放大器进行缓冲，再由8位ADC以500MSPS的速率进行采样)的FFT。该图表明该放大器在该频率下具有很低的2阶和3阶谐波失真，使得ADC采集到的信号的噪声与失真数值，能与从专用AC耦合信号通道获得的性能相当。

　　本文小结

　　放大器的性能在不断得到提升，以提高带宽并降低THD。随着ADC进入GSPS范围，我们就需要能够与这些转换器接口的放大器。通过消除电路通道不仅能够降低系统成本，而且不会牺牲系统的性能，并允许设计者以较低的成本实现较高的性能，同时缩短了前端电路的设计时间。