高速緩沖多路復(fù)用器AD8170/AD8174：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在高速信號(hào)處理領(lǐng)域，對(duì)高性能、低功耗且成本效益高的多路復(fù)用器需求日益增長(zhǎng)。AD8170(2:1)和AD8174(4:1)作為非常高速的緩沖多路復(fù)用器，憑借其卓越的性能，在眾多應(yīng)用中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。本文將詳細(xì)介紹這兩款器件的特性、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵要點(diǎn)。

文件下載：AD8174.pdf

器件特性

1. 電氣特性

• 高速性能：具有250 MHz的 -3 dB信號(hào)帶寬和大于1000 V/μs的壓擺率，能夠快速處理高速信號(hào)。例如，在視頻信號(hào)處理中，可以確保圖像的清晰和流暢。
• 低功耗：從 ±5 V電源供電時(shí)，僅消耗9.7 mA的電流，對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備，能夠有效降低功耗。
• 出色的視頻規(guī)格：在 (R_{L}=150 Omega) 、 (G = +2) 的條件下，增益平坦度在80 MHz以上達(dá)到0.1 dB，差分增益誤差為0.02%，差分相位誤差為0.05°，能夠提供高質(zhì)量的視頻信號(hào)。
• 低串?dāng)_和高隔離度：在5 MHz時(shí)，串?dāng)_低至 -78 dB，禁用隔離度達(dá)到 -88 dB，關(guān)斷隔離度高達(dá) -92 dB，有效減少信號(hào)干擾。

2. 功能特性

• 全緩沖輸入輸出：提供內(nèi)部電流反饋輸出放大器，增益可通過(guò)外部電阻編程，能夠輸出50 mA的電流。
• 快速通道切換：通道切換時(shí)間僅為10 ns，能夠快速響應(yīng)信號(hào)切換需求。
• 輸出禁用和關(guān)斷功能（AD8174）：具有快速輸出禁用功能，可連接多個(gè)設(shè)備；關(guān)斷功能可將功耗降低至1.5 mA，適用于需要節(jié)能的應(yīng)用場(chǎng)景。

應(yīng)用場(chǎng)景

1. 像素切換

在“畫中畫”功能中，AD8170/AD8174可以實(shí)現(xiàn)像素的快速切換，確保不同畫面之間的流暢顯示。

2. 顯示設(shè)備

適用于LCD和等離子顯示器，能夠提供高質(zhì)量的視頻信號(hào)，保證圖像的清晰度和色彩準(zhǔn)確性。

3. 視頻路由器

在視頻路由系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的快速切換和分配，提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

性能參數(shù)

1. 開關(guān)特性

• 通道切換時(shí)間：從50%邏輯電平到10%輸出穩(wěn)定時(shí)間為7.5 ns，到90%輸出穩(wěn)定時(shí)間為9.1 ns，到99.9%輸出穩(wěn)定時(shí)間為25 ns。
• 使能和關(guān)斷時(shí)間（AD8174）：使能到通道開啟時(shí)間為17 ns，使能到通道關(guān)閉時(shí)間為120 ns，關(guān)斷到通道開啟時(shí)間為20 ns，關(guān)斷到通道關(guān)閉時(shí)間為115 ns。

2. 動(dòng)態(tài)性能

• 帶寬：小信號(hào) -3 dB帶寬為250 MHz，大信號(hào) -3 dB帶寬為100 MHz，0.1 dB帶寬為85 MHz。
• 上升和下降時(shí)間：10%到90%的上升和下降時(shí)間為1.6 ns。
• 壓擺率：達(dá)到1000 V/μs。
• 建立時(shí)間：到0.1%的建立時(shí)間為15 ns。

3. 失真和噪聲性能

• 差分增益和相位誤差：差分增益誤差為0.02%，差分相位誤差為0.05°。
• 串?dāng)_和隔離度：串?dāng)_低至 -80 dB，禁用隔離度為 -88 dB，關(guān)斷隔離度為 -92 dB。
• 輸入電壓和電流噪聲：輸入電壓噪聲為10 nV/√Hz， + 輸入電流噪聲為1.6 pA/√Hz。

4. 直流和傳輸特性

• 跨阻：為400 - 600 kΩ。
• 開環(huán)電壓增益：為2000 - 6000 V/V。
• 增益精度：為0.4%。
• 輸入失調(diào)電壓：為5 mV。

工作原理

1. 信號(hào)鏈結(jié)構(gòu)

AD8170/AD8174將寬帶模擬開關(guān)與高速電流反饋放大器集成在一起。輸入開關(guān)采用互補(bǔ)雙極跟隨器級(jí)，通過(guò)電流轉(zhuǎn)向技術(shù)實(shí)現(xiàn)開關(guān)時(shí)間小于10 ns，并確保低開關(guān)瞬態(tài)。

2. AD8174工作模式

• 使能模式：當(dāng)ENABLE引腳置高時(shí)，放大器的電源電流被切斷，輸出變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，可用于大型陣列中。
• 關(guān)斷模式：當(dāng)SD引腳置高時(shí)，所有開關(guān)、部分邏輯控制電路和放大器的電源電流被切斷，靜態(tài)電流降至1.5 mA。

  3. AD8170工作模式

  AD8170為2:1多路復(fù)用器，無(wú)禁用和關(guān)斷功能。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 外部電阻選擇

• 增益和帶寬：增益和帶寬由板載電流反饋放大器的閉環(huán)增益和帶寬決定，可通過(guò)外部電阻反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定制。
• 推薦電阻值：不同增益下，推薦使用特定的 (R{F}) 和 (R{G}) 值，以獲得最佳的帶寬和頻率響應(yīng)。例如，在增益為 +2時(shí)，AD8170R推薦 (R{F}=499 Omega) ，AD8174R推薦 (R{F}=549 Omega) 。

2. 電容性負(fù)載

• 穩(wěn)定性：對(duì)于電流反饋放大器，負(fù)載電容越高，為保證穩(wěn)定運(yùn)行所需的反饋電阻越高。
• 推薦輸出電阻：為獲得寬帶寬和清晰的脈沖響應(yīng)，建議使用小的輸出電阻。

3. 過(guò)載行為和恢復(fù)

• 輸入電壓過(guò)載：在增益為1時(shí)，輸入電壓超出輸入開關(guān)電壓范圍后的恢復(fù)時(shí)間通常小于30 ns。
• 輸出電壓過(guò)載：恢復(fù)時(shí)間取決于輸出過(guò)載程度，15%過(guò)載時(shí)恢復(fù)時(shí)間小于60 ns，50%過(guò)載時(shí)恢復(fù)時(shí)間約為85 ns。
• 電流過(guò)載：在高增益應(yīng)用中，輸入過(guò)載可能導(dǎo)致輸入級(jí)大電流流動(dòng)，內(nèi)部限制電流為40 mA。

4. 布局考慮

• PCB設(shè)計(jì)：采用表面貼裝元件直接焊接到印刷電路板（PCB）上，PCB應(yīng)具有接地平面，以提供低阻抗接地路徑。
• 信號(hào)走線：信號(hào)走線應(yīng)盡可能短，長(zhǎng)信號(hào)走線應(yīng)采用帶狀線或微帶線技術(shù)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩私印?/li>
• 減少串?dāng)_：在所有信號(hào)走線之間運(yùn)行保護(hù)線（接地或電源走線），輸入和輸出信號(hào)線應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離多路復(fù)用器。

應(yīng)用案例

1. 8-to-1視頻多路復(fù)用器

兩個(gè)AD8174 4-to-1多路復(fù)用器與一個(gè)數(shù)字反相器組合，可實(shí)現(xiàn)8-to-1多路復(fù)用器。通過(guò)合理配置地址線和ENABLE引腳，可確保一個(gè)設(shè)備啟用時(shí)，另一個(gè)設(shè)備呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。

2. 彩色文檔掃描儀

AD8174用于將紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的信號(hào)多路復(fù)用到AD876 ADC中。由于其高帶寬和快速建立時(shí)間，能夠滿足數(shù)據(jù)采集的需求。

評(píng)估板

AD8170和AD8174的評(píng)估板經(jīng)過(guò)精心布局和測(cè)試，可展示器件的高速性能。評(píng)估板配備75 Ω終端電阻，可根據(jù)需要更換為50 Ω電阻；輸出電流反饋運(yùn)算放大器的增益設(shè)置為 +2，可通過(guò)更換增益電阻實(shí)現(xiàn)其他增益。

總結(jié)

AD8170/AD8174高速緩沖多路復(fù)用器以其高速、低功耗、出色的視頻規(guī)格和低串?dāng)_等特性，在高速信號(hào)處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇外部電阻、考慮電容性負(fù)載、處理過(guò)載情況以及優(yōu)化布局，能夠充分發(fā)揮器件的性能優(yōu)勢(shì)。希望本文能夠?yàn)?a target="_blank">電子工程師在使用AD8170/AD8174進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似器件的使用問(wèn)題？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。