當(dāng)我們拼命折騰自己,，藐視摩爾定律,，不斷實(shí)現(xiàn)更小的幾何尺寸和IC工藝時(shí)，供電或偏置軌也要走這條路了,。大部分器件都用單邊電源給元件供電,，但我們可以看到大部分信號仍是雙極性形式。為了給放大器和轉(zhuǎn)換器建立新“零”點(diǎn)或中心碼,，需要在兩者之間定義一個(gè)共模(CM)電壓,。否則，您的設(shè)計(jì)基本上無法工作,。

　　兩個(gè)器件之間的公共地有時(shí)比較隱蔽,。對于放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，在指定新型信號鏈應(yīng)用時(shí)經(jīng)常會(huì)忽視這些需求,，這一般是因?yàn)閿?shù)據(jù)手冊被忽略太久了!兩個(gè)器件當(dāng)然都會(huì)有些限制規(guī)定,，以便適應(yīng)輸入/輸出范圍和電源。所以要小心謹(jǐn)慎,，不管怎么樣,，都應(yīng)讀一下數(shù)據(jù)手冊。

　　共模定義

　　現(xiàn)在,，您已經(jīng)選好了放大器和高速ADC,，還會(huì)有什么不妥嗎?您已經(jīng)進(jìn)行了大量的噪聲分析，并找到了符合當(dāng)前應(yīng)用技術(shù)規(guī)格的設(shè)計(jì),。您是否考慮過兩個(gè)相連器件之間的CM電壓規(guī)格?問倒您了吧!

　　客戶在不了解規(guī)定兩個(gè)器件處理性能的這一參數(shù)時(shí),，就會(huì)向技術(shù)支持人員提出疑問。如果采用交流耦合設(shè)計(jì),，并且不需要任何直流內(nèi)容,，您讀到這里就可以了。否則,，對于交流耦合應(yīng)用,，需在放大器/轉(zhuǎn)換器之間使用一個(gè)耦合電容來打破這種CM不匹配。這樣,，設(shè)計(jì)才能夠優(yōu)化放大器輸出和轉(zhuǎn)換器輸入的CM偏置,。

　　如果屬于直流耦合應(yīng)用，就需要保留信號的直流內(nèi)容,。CM在這里非常重要,，它能使信號精確分解成數(shù)字位、代碼和最低有效位(LSB),。

　　CM電壓只是信號移動(dòng)(圖1)的中點(diǎn),。如果您是一個(gè)轉(zhuǎn)換器迷，您還可以將它看作是新中點(diǎn)或零代碼,。作為放大器,，通常通過一個(gè)VOCM引腳或某種類似的器件,，在輸出端建立CM。不過要小心,，這些引腳也有特定的電流和電壓范圍要求,。

圖1 CM電壓是差分信號移動(dòng)的中點(diǎn)

　　最好是查閱放大器數(shù)據(jù)手冊，并且/或者使用不會(huì)使電路內(nèi)部的任何相鄰電路或基準(zhǔn)點(diǎn)負(fù)荷過重的穩(wěn)定偏置點(diǎn),。不要只是提取一個(gè)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓引腳(VREF)，它通常是轉(zhuǎn)換器滿量程的一半,，可能無法提供充分的高精度偏置,。

　　謹(jǐn)慎起見，也應(yīng)查閱轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊上的引腳技術(shù)規(guī)格,。一般而言,，電阻容差1%的簡單分壓器和/或緩沖器驅(qū)動(dòng)器之類，不能正確設(shè)置放大器的CM偏置,。

　　轉(zhuǎn)換器一側(cè)需要在模擬輸入端具有確定的CM偏置,，以便將此基準(zhǔn)電壓建立于地之上。但在我們繼續(xù)插拔之前,，看看自己是否用的是緩沖或無緩沖轉(zhuǎn)換器,。如果是無緩沖轉(zhuǎn)換器(又稱開關(guān)電容型)，則需要在模擬輸入端提供一個(gè)外部CM偏置,。

　　緩沖轉(zhuǎn)換器一般通過轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部緩沖進(jìn)行設(shè)置,，具有自偏置模擬輸入。此電平一般是電源電壓的一半加上(AVDD/2 + 0.7 V)之上的二極管壓降,，而無緩沖轉(zhuǎn)換器沒有內(nèi)部緩沖和自偏置,，需要AVDD/2或模擬電源電壓一半的CM偏置。因此,，設(shè)計(jì)人員必須從外部提供此CM偏置,，這可通過各種方式進(jìn)行。

　　部分轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)VCM或CML引腳,，它允許設(shè)計(jì)人員通過多個(gè)與模擬輸入相連的端接電阻來提供偏置,。設(shè)計(jì)人員還可以使用一個(gè)變壓器的中心抽頭，或僅在模擬輸入的每個(gè)端腳上提供多個(gè)電阻分壓器,，將其連在AVDD和地之間,。

　　同樣，要遠(yuǎn)離VREF引腳或查看數(shù)據(jù)手冊,。大部分具有此類標(biāo)注的引腳并不用于供應(yīng)CM偏置,，除非通過一個(gè)放大器從外部對其進(jìn)行緩沖。請記住,，VREF引腳在轉(zhuǎn)換器內(nèi)設(shè)置所有內(nèi)部基準(zhǔn)電壓偏置,。這也是轉(zhuǎn)換器輸入滿量程的一個(gè)功能,。

　　如果VREF引腳使用不當(dāng)(即，負(fù)荷過重),，實(shí)際上可能無意間偏移轉(zhuǎn)換器的輸入滿量程范圍,。因此，可能會(huì)限制系統(tǒng)的總動(dòng)態(tài)范圍,?；蛘撸愕氖?，降低轉(zhuǎn)換器的性能,。 圖2為一些正確的電路示例。
 

圖2 雖然可能有一定的挑戰(zhàn),，但實(shí)際放大器和轉(zhuǎn)換器之間的適當(dāng)CM偏置是可能的

　　打破共模

　　如果未提供或保持CM偏置，轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生增益和失調(diào)誤差,，使獲取的總體測量性能下降,。您的轉(zhuǎn)換器輸出將如圖3所示或有某些變動(dòng)。輸出頻譜將與一個(gè)過載滿量程輸入非常相似,。這意味著轉(zhuǎn)換器的“零”點(diǎn)偏離中心,，沒達(dá)到最優(yōu)。

圖3 如果未提供或保持CM偏置,，輸出頻譜將與一個(gè)過載滿量程輸入相似,，表明轉(zhuǎn)換器的“零”點(diǎn)偏離中心，沒到達(dá)最優(yōu)

　　設(shè)計(jì)人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器會(huì)較早“削波”或者達(dá)不到滿量程,。近年來,，由于轉(zhuǎn)換器開始使用1.8 V電源，這一問題變得更為嚴(yán)重,。這意味著模擬輸入的CM偏置為0.9 V或AVDD/2,。并非所有的單電源放大器都能支持如此低的CM電壓，同時(shí)還能保持相對較好的性能,。

　　但是,，許多新型放大器已經(jīng)適應(yīng)此類電壓，并在市場上出售,。因此,，需查看哪些放大器可以用于您的新設(shè)計(jì)。并不是任何舊款放大器都能使用，因?yàn)樵Ａ靠赡芊浅Ｓ邢?，并且?nèi)部晶體管可能開始老化,。

　　如果將雙電源與放大器配合使用，大多數(shù)情況下應(yīng)該會(huì)有充足的裕量來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腃M偏置,。缺點(diǎn)是增加了一個(gè)額外的電源,，這意味著設(shè)計(jì)中需要更多的器件、更高的成本以及更大的功耗,。簡單的反相器電路有助于解決這一問題,，但設(shè)計(jì)人員及其管理者需要就折衷方案達(dá)成一致。

　　CM小結(jié)

　　將前一級(如放大器)連接到轉(zhuǎn)換器時(shí),，CM偏置尤其重要,。請查看數(shù)據(jù)手冊技術(shù)規(guī)格，確保放大器可以滿足轉(zhuǎn)換器的輸入擺幅和CM電源要求,。