根据 AD8138 的数据手册特性及参数,可以实现单端 5Vpp(偏置 0V)正弦波转差分 ±5Vpp(共模 2.5V)的功能,但需注意以下细节:
1. 信号幅度匹配性
- 输入信号:单端 5Vpp(峰峰值),偏置 0V,即信号范围为 - 2.5V 至 + 2.5V。
- 目标输出:差分 ±5Vpp,即差分输出电压 VOUT,dm=+OUT−(−OUT)=10Vpp(因为 ±5Vpp 的差分信号对应总峰峰值为 10V),共模电压 VOCM=2.5V。
- AD8138 的输出能力:
- 在单电源 5V 供电时(Vs=5V),单端输出摆幅典型值为 2.9Vpp(表 3),无法满足单端 ±5V 的摆幅需求。
- 需采用 ±5V 双电源供电(Vs=±5V),此时单端输出摆幅典型值为 7.75Vpp(表 1),即单端输出范围可达约 - 3.875V 至 + 3.875V(以地为基准),满足差分 ±5Vpp(单端各 ±2.5V,叠加 2.5V 共模后为 0V 至 5V)的需求。
2. 共模电压设置
- 通过 AD8138 的VOCM 引脚可设置输出共模电压,只需将 VOCM 直接连接至 2.5V 基准电压,即可使输出共模电压稳定在 2.5V(手册中明确 VOCM 与输出共模电压为 1:1 关系)。
- 此时,差分输出的两个端点(+OUT 和 - OUT)的电压分别为:
- +OUT:2.5V + 信号正半部分(0 至 + 2.5V)
- -OUT:2.5V - 信号正半部分(0 至 + 2.5V)
- 差分电压:(2.5V+Vin)−(2.5V−Vin)=2Vin,即实现单端到差分的 2 倍增益(需配置外部电阻满足增益要求)。
3. 增益配置
- 目标增益:单端 5Vpp 输入需转换为差分 10Vpp 输出,因此需要差分增益为 2(G=2)。
- 增益设置方法:通过外部电阻 RG 和 RF 配置,公式为 G=RF/RG(手册式 1)。例如:
- 选择 RG=499Ω,RF=1kΩ(满足 1kΩ/499Ω≈2),此时电路增益为 2,符合需求。
4. 关键性能验证
- 带宽:在 ±5V 供电、增益 = 2 时,-3dB 带宽仍可达 180MHz(表 8),足以支持正弦波信号(只要频率远低于 180MHz)。
- 失真:5MHz 时三次谐波失真典型值为 - 114dBc(表 1),20MHz 时为 - 85dBc,满足高精度 ADC 的驱动需求。
- 建立时间:0.01% 建立时间为 16ns(表 1),快速响应可保证 ADC 采样精度。
5. 注意事项
- 电源选择:必须采用 ±5V 双电源供电,以确保输出摆幅足够。
- 输入共模范围:单端输入信号偏置 0V,在 ±5V 供电时,AD8138 的输入共模电压范围为 - 4.7V 至 + 3.4V(表 1),完全覆盖 - 2.5V 至 + 2.5V 的输入信号。
- 外部电阻匹配:为减少增益误差和偶数阶谐波,RF 和 RG 需选择高精度电阻(如 0.1% 容差)。
- PCB 布局:需遵循手册中的布局建议(短信号线、良好接地、电源旁路电容),避免寄生效应影响信号完整性。
结论
可以实现,但需满足以下条件:
- 采用 ±5V 双电源供电;
- 配置增益为 2(如 RG=499Ω,RF=1kΩ);
- VOCM 引脚接 2.5V 基准电压;
- 选用高精度外部电阻并优化 PCB 布局。
此时 AD8138 可稳定将单端 5Vpp(0V 偏置)信号转换为差分 ±5Vpp(共模 2.5V)信号,满足 ADC 输入需求。