高速射頻轉(zhuǎn)換器前端結(jié)構(gòu)評(píng)估

本文還將比較各種主動(dòng)接收機(jī)前端設(shè)計(jì)方法,包括低噪聲放大器、全微分放大器和經(jīng)典的被動(dòng)寬帶巴倫。

交流業(yè)績(jī)權(quán)衡比較

當(dāng)將巴倫、LNA和FDAS與單端差(S2d)放大器相比較時(shí)?TRF1208 ,在設(shè)計(jì)寬帶、高性能的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)接口時(shí),檢查所涉及的度量是很重要的。以下五個(gè)指標(biāo),如果事先考慮,可以幫助保持設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和在軌道上:

· 輸入阻抗或電壓駐波比(VSWR)是一個(gè)無(wú)單位參數(shù),它顯示有多少功率通過(guò)感興趣的帶寬被反射到負(fù)載中。網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗是負(fù)載的指定值,通常是50歐.

· 帶寬僅僅是系統(tǒng)中使用的開(kāi)始和結(jié)束頻率,通常是從某個(gè)參考點(diǎn)開(kāi)始的3db。

· 通帶平坦度通常被定義為特定帶寬范圍內(nèi)可容許的波動(dòng)或波幅:1.0分貝或 + 例如5分貝。這些水平可以或多或少地用斜率來(lái)定義.

· 在交流性能方面,單色調(diào)、信噪比和偽自由動(dòng)態(tài)范圍物質(zhì)在雙色調(diào)環(huán)境下是重要的。

· 輸入驅(qū)動(dòng)水平是帶寬、輸入阻抗和VSWR規(guī)范的函數(shù)。這個(gè)級(jí)別設(shè)置轉(zhuǎn)換器上的全輸入信號(hào)所需的增益或幅值。它高度依賴于前端元件--巴倫、放大器和抗走樣濾波器,是最難實(shí)現(xiàn)的參數(shù)之一。

要清楚的是,這些指標(biāo)封裝了整個(gè)前端接口設(shè)計(jì),而不僅僅是ADC。首先考慮這些指標(biāo)可以幫助你決定是主動(dòng)的還是被動(dòng)的。

從本質(zhì)上講,您只需要執(zhí)行由前端帶寬、輸入驅(qū)動(dòng)器和交流性能組成的頻率掃描,以快速評(píng)估整個(gè)前端設(shè)計(jì)中的差異。

讓我們看看五種不同的前端設(shè)計(jì)來(lái)比較這些度量權(quán)衡。 圖1 .

圖1 五個(gè)前端包括僅基于巴倫的設(shè)計(jì),一個(gè)LNA,一個(gè)巴倫加一個(gè)FDA,一個(gè)單一的FDA,以及TRF1208。

下一個(gè), 圖2 顯示最多10千兆赫頻率的輸入帶寬和輸入驅(qū)動(dòng)級(jí)權(quán)衡。每個(gè)設(shè)計(jì)的前端帶寬給出了-3db帶寬和輸入驅(qū)動(dòng)器水平達(dá)到--在1.4千兆赫的6個(gè)DbFF的指示。例如,查看Trf1208,它只需要一個(gè)-16dbm的輸入信號(hào)達(dá)到-6個(gè)dbff的ADC的全面值。相反地,大約需要+1DBM來(lái)達(dá)到相同的水平使用寬帶巴倫。兩者之間,這是17dbm信號(hào)強(qiáng)度的差異。巴倫和寬帶接口網(wǎng)絡(luò)造成損耗,從而推高了整個(gè)信號(hào)鏈的噪聲數(shù)字。底線是巴倫造成損失,這也是LNA和FDA前端設(shè)計(jì),其中包括一個(gè)巴倫用于S2d信號(hào)轉(zhuǎn)換。

圖2 下面是五個(gè)前端設(shè)計(jì)中的頻率響應(yīng)。

圖2說(shuō)明了從大約直流到8千兆赫的通帶平坦度。盡管所有的前端設(shè)計(jì)都能達(dá)到8千兆赫,但每個(gè)設(shè)計(jì)都有各種各樣的高峰和低谷需要應(yīng)對(duì)。公平地說(shuō),可以根據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)價(jià)值的變化和設(shè)計(jì)最終要求來(lái)推動(dòng)這些高峰和低谷。

巴倫有損失,因此寬帶巴倫接口將需要更高的信號(hào)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度,與+1dbm的信號(hào)水平在巴倫的主要,以實(shí)現(xiàn)-6dbff的ADC輸出。由于所有其他的比較都使用一個(gè)有源放大器設(shè)備--所有這些設(shè)備都有固有的不同增益--所需的輸入驅(qū)動(dòng)器水平將會(huì)少得多:從-5到-16。您可以進(jìn)行進(jìn)一步的分析和前端工作,以"平衡"收益和輸入網(wǎng)絡(luò)損失。與此同時(shí),這些信息確實(shí)給了你一些在深入了解交流性能之前的期望。

國(guó)家最低標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家最低標(biāo)準(zhǔn)排名

在同一帶寬上進(jìn)行頻率掃描,捕捉到了信噪比、sfdr和imd3的性能。這些都是典型的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試,用于在設(shè)計(jì)高速轉(zhuǎn)換器時(shí)進(jìn)行比較權(quán)衡。

圖3 顯示了不同配置之間的信噪比權(quán)衡。

圖3 五個(gè)前端設(shè)計(jì)顯示了信噪比值。

看到紫色曲線作為基線性能,您可以看到,寬帶巴倫接口提供最好的信噪比性能的轉(zhuǎn)換器的整個(gè)帶寬。表示LNA方法的綠色曲線是第二個(gè),因?yàn)檫@些類型的有源設(shè)備通常具有非常低的噪聲數(shù)字,加上大約1分貝到2分貝的附加噪聲。FDA排在第三位,因?yàn)樗萀NA有更多的寬帶噪聲,但少于trf1208。在單端輸入配置中使用FDA時(shí),共有模式的噪聲消除存在一個(gè)小問(wèn)題,因?yàn)樗鼘?duì)輸入的固有設(shè)計(jì)預(yù)期會(huì)有完全的差異信號(hào)。使用這種類型的配置將略微影響信噪比。

Trf1208是最后一個(gè)進(jìn)入的,但是,它有更多的輸出噪音,因?yàn)樗菷DA有更高的收益。請(qǐng)記住,一個(gè)更高的主動(dòng)增益將有一種傾向,獲得設(shè)備自己產(chǎn)生的噪音。例如,對(duì)于2千兆赫模擬輸入信號(hào),trf1208的增益等于16分貝,噪音數(shù)字等于8分貝,輸出噪音為150.7分貝/赫茲。FDA的增益等于10分貝(S2d),噪音數(shù)字等于11分貝(在-163.3分貝/赫茲時(shí)),輸出噪音產(chǎn)生-153.3分貝/赫茲。

所有的設(shè)計(jì)都被配置為盡可能大的帶寬,如圖2所示。在任何主動(dòng)設(shè)計(jì)中,通過(guò)在放大器輸出和ADC輸入之間使用抗干擾濾波器減少帶寬,將有助于減少感興趣的波段之外的寬帶噪聲。它還將有助于減少轉(zhuǎn)換器所看到的噪音,從而將信噪比推向基線性能,如圖1所示(WBALAN+5200rfADC)。

圖4 展示了從線性角度出發(fā)的SFDR動(dòng)態(tài)范圍,不同前端配置之間的10GGZ頻率掃描。SFDR是一種單音調(diào)測(cè)量,它為在感興趣頻率范圍內(nèi)的任何限制諧波--第二次諧波,第三次諧波,第四次諧波--提供了一個(gè)很好的視角。

圖4 SFDR值顯示為5個(gè)前端設(shè)計(jì)。

再次看到紫色曲線作為基線性能,你可以看到,在轉(zhuǎn)換器的整個(gè)帶寬上,寬帶巴倫接口將產(chǎn)生最好的sfdrr。表示LNA的綠色曲線顯示了非常退化的性能,特別是在最高5千兆赫的較低波段,因?yàn)榭紤]到LNA的單端性質(zhì),偶序失真(hd2)將始終占主導(dǎo)地位。hd2最終會(huì)從ADC的帶寬中消失。

當(dāng)使用差速器前端方法時(shí),FDA在0.5-3.5Gz區(qū)域似乎有一些第三級(jí)控制。當(dāng)使用單端方法時(shí),在0.5-5GZ范圍內(nèi)更明顯地出現(xiàn)更均勻的退化優(yōu)勢(shì)。

TRF1208一直與無(wú)源基線前端保持一致,這說(shuō)明了為什么這個(gè)放大器在需要有源設(shè)備的寬帶前端是一個(gè)更好的選擇。

雙色調(diào)測(cè)量

另一種常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換器測(cè)試度量,雙音測(cè)量產(chǎn)生IMD3結(jié)果或三階互調(diào)失真,并快速模擬實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用信號(hào)。簡(jiǎn)單地說(shuō),雙音測(cè)量可以同時(shí)對(duì)注入前端接口的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行積極評(píng)估。這兩個(gè)信號(hào)通常相互偏移10兆赫,并被驅(qū)動(dòng)到同一水平,或-7分貝。 圖5 顯示IMD3+(2×F1+F2或2×F2+F1)的結(jié)果。雖然被捕捉到,這個(gè)數(shù)字不包括IMD3-(2×f1-F2或2×F2-F1),以方便清晰地說(shuō)明性能差異。

圖5 這就是IMD3+在五個(gè)前端設(shè)計(jì)中的樣子。

紫色曲線再次說(shuō)明基線性能,您可以看到,寬帶巴倫接口將產(chǎn)生最好的IMD3性能可能在轉(zhuǎn)換器的整個(gè)帶寬。綠色曲線,代表LNA,顯示了相對(duì)于寬帶巴倫界面退化的性能。代表FDA接口的藍(lán)色和黑色曲線在性能上以及相對(duì)于基線的性能上都降低了,最高可達(dá)5千兆赫。TRF1208在整個(gè)頻率掃描中與被動(dòng)基線前端保持一致。再次,它表明了為什么這個(gè)放大器是一個(gè)更好的選擇,在寬帶前端需求。

此外,被評(píng)估的FDA有兩個(gè)電源,一個(gè)負(fù)電源,消耗巨大的1.8瓦電源,以保持噪音低。這是一個(gè)經(jīng)典的方法,可以降低噪音,增加放大器的空間,在設(shè)計(jì)上投入更多的功率。LNA耗電最少,只有0.275瓦,只有一個(gè)5V電源。TRF1208只需一個(gè)5V的供應(yīng),只需消耗0.675瓦。

本文的目的是為ADC模擬前端接口設(shè)計(jì)的陷阱提供快速啟動(dòng)指南,以及一些有用的和熟悉的設(shè)計(jì)比較和介紹新的TRF1208微分放大器。在任何新的寬帶前端設(shè)計(jì)中,建議對(duì)度量權(quán)衡進(jìn)行評(píng)估,并事先仔細(xì)規(guī)劃。注意相位不平衡,因?yàn)槿绻趹?yīng)用程序的頻率計(jì)劃中存在甚至順序扭曲,它會(huì)造成嚴(yán)重破壞?？紤]到巴隆和放大器的特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn),重要的是要回顧權(quán)衡和明智的選擇。