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Techniques

Linéarité sans compromis LTC2185 et ADA4927-1

Par Clarence Mayott, Responsable de la section Applications en signaux mixtes

Publication: 6 avril

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Le LTC2185 est un convertisseur analogique/numérique 16 bits qui fonctionne à 125 Méch/s, affiche des performances de bruit et de linéarité exceptionnelles pour une consommation de 185 mW par canal...
 

Il convient idéalement aux applications basse consommation les plus exigeantes qui requièrent d’excellentes performances en courant alternatif. Pour maintenir de telles performances, un convertisseur analogique/numérique tel que le LTC2185 doit être commandé par un amplificateur tout aussi performant. L’amplificateur à contre-réaction de courant ADA4927-1 affiche les performances de linéarité qu’exige le LTC2185 avec une consommation de 215 mW. Grâce à sa conception optimale, le boîtier de l’ADA4927-1 autorise une disposition simple qui réduit les capacités parasites de la boucle de contre-réaction susceptibles d’éroder la marge de phase de l’amplificateur. L’association du convertisseur analogique/numérique LTC2185 et de l’amplificateur ADA4927-1 assure des performances excellentes entre 62,5 et 125 MHz, une zone où les amplificateurs haute vitesse sont rares.

Le LTC2185 est un convertisseur analogique/numérique double canal à échantillonnage parallèle simultané, qui permet de choisir entre des sorties numériques CMOS à plein débit ou CMOS/LVDS à double débit (DDR, Double Data Rate). Compatibles en termes de brochage, les variantes disponibles fonctionnent à 25 Méch/s, 40 Méch/s, 65 Méch/s, 80 Méch/s et 105 Méch/s, avec une dissipation de puissance approximative de seulement 1,5 mW/Méch/s et par canal. Le LTC2185 se caractérise par des fonctionnalités telles qu’un générateur de données numériques pseudo- aléatoires en sortie et le mode

de polarité de bit alternée (ABP), qui minimisent la contre-réaction numérique lorsque les sorties CMOS parallèles sont utilisées. La bande passante analogique de 550 MHz à pleine puissance et la gigue ultra-basse (0,07 pseff) autorisent un sous-échantillonnage des fréquences intermédiaires (FI) avec un excellent niveau de bruit. Pour maintenir ce niveau de performances, le LTC2185 doit être commandé par un amplificateur approprié tel que l’ADA4927-1.

L’ADA4927 est un amplificateur à contre-réaction de courant différentiel ultrarapide. Réalisé dans la technologie de fabrication silicium-germanium (SiGe) d’Analog Devices, il se distingue par un excellent niveau de distorsion et un bruit de tension d’entrée de seulement 1,3 nV√Hz. De telles caractéristiques lui permettent de commander des convertisseurs analogique/numérique haute vitesse comme le LTC2185. Le gain de l’ADA4927- 1 est fixé à l’aide de résistances de contre-réaction externes positionnées à côté des broches d’entrée. Grâce à la proximité des broches de contre-réaction et des broches d’entrée sur le boîtier, l’ADA4927-1 se démarque par une topologie claire et nette qui minimise la capacité parasite dans la boucle de contre-réaction. L’ADA4927- 1 constitue à ce titre un choix idéal pour commander des convertisseurs analogique/numérique de hautes performances comme le LTC2185, du continu à 125 MHz.

La figure 1 représente le schéma de principe d’un amplificateur ADA4927-1 commandant un convertisseur LTC2185. La topologie correspondante est illustrée à la figure 2. Les broches de contre-réaction de l’ADA4927- 1 sont adjacentes aux broches d’entrée, ce qui minimise la capacité parasite du noeud de contre-réaction et améliore la marge de phase de l’amplificateur. Cette approche simplifie par ailleurs la topologie en permettant de placer directement des résistances de contreréaction sur les deux broches sans allonger la boucle de contre-réaction (signal path). Un simple filtre placé entre l’amplificateur et le convertisseur analogique/numérique réduit le bruit à large bande de l’amplificateur et améliore le rapport signal-bruit (SNR) du système. Ce filtre atténue également les transitoires d’échantillonnage (kickback) du convertisseur analogique/numérique avant qu’ils n’atteignent l’amplificateur, ce qui empêche le réseau de sortie de l’ADA4927 d’osciller en réponse à ces pics. Ce réseau de filtres peut être modifié afin de s’adapter à différentes exigences au niveau de la bande passante d’entrée.

Les figures 3 et 4 représentent respectivement le rapport signal-bruit (SNR, Signal to Noise Ratio) et la plage dynamique sans parasite (SFDR, Spurious-Free Dynamic Range) du combo LTC2185/ADA4927-1. La plage SFDR reste supérieure à 67 dB jusqu’à 125 MHz, alors que le SNR est de l’ordre de 63 dB à la même fréquence. Cette combinaison ne consomme que 250 mW. À 125 Méch/s, elle affiche de bonnes performances dans l’ensemble de la seconde zone de Nyquist, là où d’autres amplificateurs commencent à présenter une linéarité médiocre.

L’utilisation de l’amplificateur ADA4927-1 pour commander le convertisseur LTC2185 garantit une excellente linéarité tout en maintenant la consommation d’énergie à un niveau modeste. Le fait que l’amplificateur ADA4927-1 demeure linéaire jusqu’à 125 MHz permet d’utiliser cette combinaison amplificateur-convertisseur dans des applications exigeantes telles que les communications et la médecine, qui requièrent l’utilisation de la seconde zone Nyquist du LTC2185. La broche sortie de l’ADA4927-1 et la conception du filtre minimisent la complexité de la topologie tout en préservant les excellentes performances avec une consommation peu élevée.

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