驅(qū)動(dòng) ADC：放大器還是平衡-非平衡變壓器？

　　您有沒(méi)有考慮過(guò)采用差分放大器來(lái)替代 RF/IF 信號(hào)鏈路中的平衡-不平衡變壓器呢?如果沒(méi)有，那么您應(yīng)該考慮一下。雖然它們并不適用于所有的應(yīng)用，但是全差分放大器 (FDA) 提供了一些優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的長(zhǎng)處。這里我們列出一些問(wèn)題，通過(guò)回答這些問(wèn)題可幫助您確定最適合您的設(shè)計(jì)的是平衡-不平衡變壓器還是 FDA。

　　平衡-不平衡變壓器常用于將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，其可在不增加噪聲的同時(shí)保持優(yōu)良的失真指標(biāo)。用于高速、差分輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的驅(qū)動(dòng)器電路就是一個(gè)常見(jiàn)的例子。

　　您的應(yīng)用需要DC去耦嗎?

　　平衡-不平衡變壓器始終只進(jìn)行 AC 去耦。假如您的應(yīng)用需要 DC 去耦，那么最佳的選擇是采用支持 DC 去耦的 FDA。

　　您的應(yīng)用存在空間上的限制嗎?

　　FDA 是集成電路。因此，與平衡-不平衡變壓器相比，F(xiàn)DA 的設(shè)計(jì)、制造和封裝其占板面積和高度要小得多。作為占板面積分析的一部分，您還應(yīng)當(dāng)考慮到這樣一點(diǎn)：在某些場(chǎng)合中單個(gè) FDA 能夠完成兩個(gè)大得多的采用背對(duì)背配置(以降低偶次諧波失真)的平衡-不平衡變壓器所承擔(dān)的任務(wù)。

　　您的信號(hào)路徑在接收器中的這一級(jí)上需要功率增益嗎?

　　平衡-不平衡變壓器不能提供功率增益。而且，當(dāng)提供電壓增益時(shí)，它們?cè)谏龎盒碗妷号渲?采用匝數(shù)比來(lái)產(chǎn)生電壓增益)中受制于系統(tǒng)的阻抗。這就使得難以在使用所需的濾波器阻抗的同時(shí)獲得期望的匝數(shù)比電壓增益。事實(shí)上，平衡-不平衡變壓器往往具有插入損耗。FDA 在阻抗變換中提供了真正的信號(hào)增益和靈活性。

　　ADC和/或?yàn)V波器需要緩沖嗎?

　　平衡-不平衡變壓器不能對(duì)來(lái)自電源的阻抗進(jìn)行緩沖。在存在來(lái)自 ADC 輸入采樣 / 保持電路的回踢干擾能量、或者也許所選的濾波器即將引起負(fù)載難題的場(chǎng)合，這一點(diǎn)特別有意義。FDA 提供了此類優(yōu)勢(shì)，從而使您能夠靈活地針對(duì)所需的確切電壓增益進(jìn)行電路的配置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所選的阻抗并緩沖來(lái)自電源的負(fù)載。

　　您是否關(guān)心放大器中的轉(zhuǎn)換速率呢?

　　盡管平衡-不平衡變壓器通常不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換速率施加很大的限制，但是差分放大器同樣無(wú)須限制轉(zhuǎn)換速率。LMH5401FDA 能夠支持大于 17,500 V/μs 的轉(zhuǎn)換速率和 80 ps 的上升時(shí)間。

　　您是否因?yàn)槠胶?不平衡變壓器是無(wú)源組件就認(rèn)為它是適合您系統(tǒng)的最佳選擇呢?

　　雖然平衡-不平衡變壓器是無(wú)源組件且不消耗功率，但是由于位于 ADC 之前的下變頻接收器和濾波器中的信號(hào)損耗、甚至是平衡-不平衡變壓器自身中的損耗，導(dǎo)致在許多情況下都需要布設(shè)一個(gè) IF 增益級(jí)。FDA 將提供您所需要的 IF 增益，并有可能免除平衡-不平衡變壓器。

　　FDA會(huì)增加噪聲嗎?

　　相比于平衡-不平衡變壓器，使用 FDA 將增加信號(hào)路徑的噪聲，但是在很多場(chǎng)合中無(wú)論如何您都需要一個(gè) IF 放大器。通常，RF LNA 將設(shè)定噪聲性能。

　　FDA會(huì)限制失真性能嗎?

　　許多設(shè)計(jì)人員都偏愛(ài)使用平衡-不平衡變壓器，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為其失真性能優(yōu)于放大器。在非常高的頻率下(>>1 GHz)這或許是正確的，但是諸如 TI 等放大器制造商則提供了在很多常用頻率下(尤其是在 DC 至 1 GHz 的頻率范圍內(nèi))擁有優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的幅度平衡和失真指標(biāo)的 FDA。

　　比如，我們的LMH5401FDA 可在 100 MHz 頻率下提供 >60dBc 的平衡誤差，而在 1 GHz 頻率下則接近 50dBc。這提供了大約 100dBc(在 100 MHz)和大約 60dBc(在 1 GHz)的諧波失真。請(qǐng)參見(jiàn)圖 1，以了解有關(guān)幅度平衡誤差的更多詳情。

　　圖1：LMH5401在執(zhí)行單端至差分轉(zhuǎn)換時(shí)的平衡誤差

　　粗略地講，LM5401 和LM3401擁有驅(qū)動(dòng) 16 位 ADC(在高達(dá)約 300 MHz)、14 位 ADC(在高達(dá)約 500 MHz)、12 位 ADC(在高達(dá)約 1 GHz)、以及 8 位和 10 位 ADC(在高達(dá) 2 GHz)所必需的失真性能。

　　所以，總的說(shuō)來(lái)，F(xiàn)DA 可在單顆芯片內(nèi)集成兩種或三種功能 ― IF 放大器及一個(gè)或兩個(gè)平衡-不平衡變壓器 ― 同時(shí)改善 IF 放大性能并實(shí)現(xiàn)低功耗、較小的尺寸、較高的帶寬和卓越的失真指標(biāo)。這一點(diǎn)即使在單端至差分配置中也不例外。

　　圖 2 示出了一款采用“有源平衡-不平衡變壓器”配置的典型應(yīng)用電路，其由LMH5401FDA 在一個(gè) GSPS ADC(比如：12 位、4 GSPS RF 采樣ADC12J4000)之前提供增益、緩沖和單端至差分轉(zhuǎn)換。

　　圖2：顯示有源平衡-不平衡變壓器配置的LMH5401應(yīng)用電路

　　下表給出了平衡-不平衡變壓器和 FDA 的某些優(yōu)缺點(diǎn)的快速參考。

　　所以，當(dāng)下一次您需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)高速、差分輸入 ADC 時(shí)，務(wù)必考慮采用諸如LMH3401或LMH5401等 FDA。對(duì)于 1 GHz 以下的許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，F(xiàn)DA 不僅將縮短您的物料清單，而且還可提供較寬的帶寬支持、較小的尺寸、DC 耦合及簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)。