當我們拼命折騰自己，藐視摩爾定律，不斷實現更小的幾何尺寸和IC工藝時，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。為了給放大器和轉換器建立新“零”點或中心碼，需要在兩者之間定義一個共模(CM)電壓。否則，您的設計基本上無法工作。
兩個器件之間的公共地有時比較隱蔽。對于放大器和模數轉換器(ADC)，在指定新型信號鏈應用時經常會忽視這些需求，這一般是因為數據手冊被忽略太久了!兩個器件當然都會有些限制規定，以便適應輸入/輸出范圍和電源。所以要小心謹慎，不管怎么樣，都應讀一下數據手冊。
共模定義
現在，您已經選好了放大器和高速ADC，還會有什么不妥嗎?您已經進行了大量的噪聲分析，并找到了符合當前應用技術規格的設計。您是否考慮過兩個相連器件之間的CM電壓規格?問倒您了吧!
客戶在不了解規定兩個器件處理性能的這一參數時，就會向技術支持人員提出疑問。如果采用交流耦合設計，并且不需要任何直流內容，您讀到這里就可以了。否則，對于交流耦合應用，需在放大器/轉換器之間使用一個耦合電容來打破這種CM不匹配。這樣，設計才能夠優化放大器輸出和轉換器輸入的CM偏置。
如果屬于直流耦合應用，就需要保留信號的直流內容。CM在這里非常重要，它能使信號精確分解成數字位、代碼和最低有效位(LSB)。
CM電壓只是信號移動(圖1)的中點。如果您是一個轉換器迷，您還可以將它看作是新中點或零代碼。作為放大器，通常通過一個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的中點
最好是查閱放大器數據手冊，并且/或者使用不會使電路內部的任何相鄰電路或基準點負荷過重的穩定偏置點。不要只是提取一個轉換器的基準電壓引腳(VREF)，它通常是轉換器滿量程的一半，可能無法提供充分的高精度偏置。
謹慎起見，也應查閱轉換器數據手冊上的引腳技術規格。一般而言，電阻容差1%的簡單分壓器和/或緩沖器驅動器之類，不能正確設置放大器的CM偏置。
轉換器一側需要在模擬輸入端具有確定的CM偏置，以便將此基準電壓建立于地之上。但在我們繼續插拔之前，看看自己是否用的是緩沖或無緩沖轉換器。如果是無緩沖轉換器(又稱開關電容型)，則需要在模擬輸入端提供一個外部CM偏置。
緩沖轉換器一般通過轉換器的內部緩沖進行設置，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，而無緩沖轉換器沒有內部緩沖和自偏置，需要AVDD/2或模擬電源電壓一半的CM偏置。因此，設計人員必須從外部提供此CM偏置，這可通過各種方式進行。
部分轉換器具有一個VCM或CML引腳，它允許設計人員通過多個與模擬輸入相連的端接電阻來提供偏置。設計人員還可以使用一個變壓器的中心抽頭，或僅在模擬輸入的每個端腳上提供多個電阻分壓器，將其連在AVDD和地之間。
同樣，要遠離VREF引腳或查看數據手冊。大部分具有此類標注的引腳并不用于供應CM偏置，除非通過一個放大器從外部對其進行緩沖。請記住，VREF引腳在轉換器內設置所有內部基準電壓偏置。這也是轉換器輸入滿量程的一個功能。
如果VREF引腳使用不當(即，負荷過重)，實際上可能無意間偏移轉換器的輸入滿量程范圍。因此，可能會限制系統的總動態范圍。或者，更糟的是，降低轉換器的性能。 圖2為一些正確的電路示例。
圖2 雖然可能有一定的挑戰，但實際放大器和轉換器之間的適當CM偏置是可能的
打破共模
如果未提供或保持CM偏置，轉換器將產生增益和失調誤差，使獲取的總體測量性能下降。您的轉換器輸出將如圖3所示或有某些變動。輸出頻譜將與一個過載滿量程輸入非常相似。這意味著轉換器的“零”點偏離中心，沒達到最優。
圖3 如果未提供或保持CM偏置，輸出頻譜將與一個過載滿量程輸入相似，表明轉換器的“零”點偏離中心，沒到達最優
設計人員可能會發現轉換器會較早“削波”或者達不到滿量程。近年來，由于轉換器開始使用1.8 V電源，這一問題變得更為嚴重。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，同時還能保持相對較好的性能。
但是，許多新型放大器已經適應此類電壓，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計。并不是任何舊款放大器都能使用，因為裕量可能非常有限，并且內部晶體管可能開始老化。
如果將雙電源與放大器配合使用，大多數情況下應該會有充足的裕量來實現適當的CM偏置。缺點是增加了一個額外的電源，這意味著設計中需要更多的器件、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，但設計人員及其管理者需要就折衷方案達成一致。
CM小結
將前一級(如放大器)連接到轉換器時，CM偏置尤其重要。請查看數據手冊技術規格，確保放大器可以滿足轉換器的輸入擺幅和CM電源要求。