魯維德

    本文主要以電路連接與圖形曲線來討論如何正確選擇無源器件(元件)來獲得高速ADC應(yīng)用中改善增益平坦度同時又不影響動態(tài)性能的最佳輸入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

問題從何說起

    數(shù)字通信系統(tǒng)均是屬于在高中頻上使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的系統(tǒng)。該類系統(tǒng)對于動態(tài)性能及增益乎坦度有非�？量痰囊�，即就提出了在這高中頻(高速)ADC應(yīng)用中如何改善增益平坦度同時又不影響動態(tài)性能的新要求。而正確地選擇板上元件(無源器件)又是高速ADC輸入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計非常重要的關(guān)鍵。為此，本文將討論一種將單端信號(通常來自經(jīng)過緩沖的解調(diào)電路)轉(zhuǎn)換成差分信號(以便饋人高中頻ADC)的電路。這些電路使用一個寬帶變壓器、匹配電阻及濾波電容來完成此任務(wù)。同時還對變壓器的最優(yōu)匹配方法，以便保持高速ADC的高動態(tài)范圍，同時又使增益突起和帶寬降低效應(yīng)減至最小等問題作一分析。

    值此有必要對高中頻ADC常用于的數(shù)字通信系統(tǒng)作一介紹。常見的數(shù)字通信系統(tǒng)為：通信接收機及發(fā)射機中的主接收鏈及預(yù)失真電路;通信測試系統(tǒng)中的高速儀器;普通寬帶通信系統(tǒng)、衛(wèi)星及雷達陣列等。在這些數(shù)字通信系統(tǒng)中，高速ADC被廣泛使用，因為它們能使系統(tǒng)設(shè)計師減少接收器信號鏈中的下變換級數(shù)量，從而能降低系統(tǒng)成本。這些器件一般都能在第二至第五奈奎斯特區(qū)獲得優(yōu)異的噪聲及失真性能。

    用200MHz變壓器實現(xiàn)單端至差分轉(zhuǎn)換

    我們選擇MAXl449來示例及分析兩種可能的輸入配置。圖1給出一種采用寬帶變壓器的典型交流耦合單端至差分轉(zhuǎn)換設(shè)計方案，其中變壓器采用Mini-Circuits公司的T1—1T-KK81(200MHz)，采用50Ω一次側(cè)匹配及25Ω／22pF濾波網(wǎng)絡(luò)。
在此結(jié)構(gòu)中，來自50Ω阻抗信號源的單端信號通過變壓器后被轉(zhuǎn)換成差分信號。一次側(cè)的50Ω匹配使信號源和變壓器之間有良好的匹配。但這同時也意味著變壓器一次側(cè)和二次側(cè)之間的失配。從一次側(cè)看過去是一個組合的25Ω阻抗，而二次側(cè)上卻是一個很大的失配阻抗，即20kΩ的ADC輸入電阻并聯(lián)22pF電容。這將影響輸入網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，并將最終影響轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)。變壓器的標(biāo)稱漏感在25nH至100nH范圍內(nèi)。再加上22pF的輸入濾波電容，將產(chǎn)生一個位于110MHz至215MHz之間的干擾諧振頻率：

    在這個頻率附近，將產(chǎn)生一個惱人的增益突起。

    用800MHz變壓器實現(xiàn)單端至差分轉(zhuǎn)換

    該類800MHz變壓器實現(xiàn)應(yīng)用圖是與圖1類似的交流耦合配置，但這次是采用性能更好的寬帶變壓器，例如Mini-Circuits公司的ADTl—1WT(800MHz)，采用一次側(cè)匹配和25Ω／10pF濾波網(wǎng)絡(luò)(而200MHz變壓器實現(xiàn)應(yīng)用圖1是22pF)。盡管這種變壓器具有75Ω的阻抗，但其較低的泄漏電感可獲得更好的頻率響應(yīng)，-1dB頻率高達400MHz，與之相比T1-1T-KK81則只有50MHz。

    200MHz與800MHZ不同變壓器對比的兩種匹配方案

    圖2給出兩種匹配方案、濾波網(wǎng)絡(luò)元件與變壓器的測試結(jié)果。從圖中的兩條曲線可看出頻響特性的顯著改善。

    Tl-1T-KK81型變壓器在90MHz至110MHz之間明顯地出現(xiàn)了一個大約0。5dB的增益突起，而ADTl—1WT型變壓器的曲線在高達300MHz的頻率范圍內(nèi)平坦度保持在0.1dB以內(nèi)。這種條件(即ADTl—1WT型變壓器、50Ω一次側(cè)匹配以及在INP與INN上接10pF輸入濾波電容)下的動態(tài)性能仍能在fIN=50MHz頻率上獲得58.4dB的SNR(信噪比)。雖然圖2中只給出80MHz至260MHz測試頻率下的情況(僅對ADTl—1WT型變壓器)，但實驗室測試結(jié)果證明，即使在輸人頻率遠超出第8奈奎斯特區(qū)時，其增益平坦度仍能保持在0.1dB以內(nèi)。

    對變壓器二次側(cè)的阻抗進行匹配有助于進一步提高增益平坦度。方法之一是在變壓器的二次側(cè)，而非一次側(cè)，進行匹配。

    特別是對于高中頻應(yīng)用，匹配阻抗的位置非常關(guān)鍵。根據(jù)對增益平坦度及動態(tài)性能的不同要求，交流耦合輸人進來的信號可在變壓器的任何一側(cè)進行匹配。寬帶變壓器是一種可方便快捷地在一個較寬頻帶上將單端信號轉(zhuǎn)換成差分信號的常用器件。

   一次側(cè)匹配

   現(xiàn)以選擇MAX1124(10位，250Msps)來示例出不同的匹配方案及其對ADC增益帶寬及動態(tài)范圍的影響。從一次側(cè)匹配結(jié)構(gòu)開始(圖3a)，將一個50Ω阻抗的信號加于ADTl—1WT型變壓器的一次側(cè)。二次側(cè)通過一個0.1μF交流耦合電容直接與MAX1124的輸人濾波網(wǎng)絡(luò)(10Ω隔離電阻與ADC輸人阻抗)相連。在INP與INN之間沒有再接其他輸人濾波電容。

    在這種配置下，雖然變壓器二次側(cè)直接接口至ADC的4kΩ／3pF標(biāo)稱輸入阻抗，但一次側(cè)平衡的很好。不平衡的二次側(cè)，再加上變壓器的漏感，形成一個諧振回路，