鲁维德

    本文主要以电路连接与图形曲线来讨论如何正确选择无源器件(元件)来获得高速ADC应用中改善增益平坦度同时又不影响动态性能的最佳输入网络设计。

问题从何说起

    数字通信系统均是属于在高中频上使用模数转换器(ADC)的系统。该类系统对于动态性能及增益乎坦度有非常苛刻的要求，即就提出了在这高中频(高速)ADC应用中如何改善增益平坦度同时又不影响动态性能的新要求。而正确地选择板上元件(无源器件)又是高速ADC输入网络设计非常重要的关键。为此，本文将讨论一种将单端信号(通常来自经过缓冲的解调电路)转换成差分信号(以便馈人高中频ADC)的电路。这些电路使用一个宽带变压器、匹配电阻及滤波电容来完成此任务。同时还对变压器的最优匹配方法，以便保持高速ADC的高动态范围，同时又使增益突起和带宽降低效应减至最小等问题作一分析。

    值此有必要对高中频ADC常用于的数字通信系统作一介绍。常见的数字通信系统为：通信接收机及发射机中的主接收链及预失真电路;通信测试系统中的高速仪器;普通宽带通信系统、卫星及雷达阵列等。在这些数字通信系统中，高速ADC被广泛使用，因为它们能使系统设计师减少接收器信号链中的下变换级数量，从而能降低系统成本。这些器件一般都能在第二至第五奈奎斯特区获得优异的噪声及失真性能。

    用200MHz变压器实现单端至差分转换

    我们选择MAXl449来示例及分析两种可能的输入配置。图1给出一种采用宽带变压器的典型交流耦合单端至差分转换设计方案，其中变压器采用Mini-Circuits公司的T1—1T-KK81(200MHz)，采用50Ω一次侧匹配及25Ω／22pF滤波网络。
在此结构中，来自50Ω阻抗信号源的单端信号通过变压器后被转换成差分信号。一次侧的50Ω匹配使信号源和变压器之间有良好的匹配。但这同时也意味着变压器一次侧和二次侧之间的失配。从一次侧看过去是一个组合的25Ω阻抗，而二次侧上却是一个很大的失配阻抗，即20kΩ的ADC输入电阻并联22pF电容。这将影响输入网络的频率响应，并将最终影响转换器的频率响应。变压器的标称漏感在25nH至100nH范围内。再加上22pF的输入滤波电容，将产生一个位于110MHz至215MHz之间的干扰谐振频率：

    在这个频率附近，将产生一个恼人的增益突起。

    用800MHz变压器实现单端至差分转换

    该类800MHz变压器实现应用图是与图1类似的交流耦合配置，但这次是采用性能更好的宽带变压器，例如Mini-Circuits公司的ADTl—1WT(800MHz)，采用一次侧匹配和25Ω／10pF滤波网络(而200MHz变压器实现应用图1是22pF)。尽管这种变压器具有75Ω的阻抗，但其较低的泄漏电感可获得更好的频率响应，-1dB频率高达400MHz，与之相比T1-1T-KK81则只有50MHz。

    200MHz与800MHZ不同变压器对比的两种匹配方案

    图2给出两种匹配方案、滤波网络元件与变压器的测试结果。从图中的两条曲线可看出频响特性的显著改善。

    Tl-1T-KK81型变压器在90MHz至110MHz之间明显地出现了一个大约0。5dB的增益突起，而ADTl—1WT型变压器的曲线在高达300MHz的频率范围内平坦度保持在0.1dB以内。这种条件(即ADTl—1WT型变压器、50Ω一次侧匹配以及在INP与INN上接10pF输入滤波电容)下的动态性能仍能在fIN=50MHz频率上获得58.4dB的SNR(信噪比)。虽然图2中只给出80MHz至260MHz测试频率下的情况(仅对ADTl—1WT型变压器)，但实验室测试结果证明，即使在输人频率远超出第8奈奎斯特区时，其增益平坦度仍能保持在0.1dB以内。

    对变压器二次侧的阻抗进行匹配有助于进一步提高增益平坦度。方法之一是在变压器的二次侧，而非一次侧，进行匹配。

    特别是对于高中频应用，匹配阻抗的位置非常关键。根据对增益平坦度及动态性能的不同要求，交流耦合输人进来的信号可在变压器的任何一侧进行匹配。宽带变压器是一种可方便快捷地在一个较宽频带上将单端信号转换成差分信号的常用器件。

   一次侧匹配

   现以选择MAX1124(10位，250Msps)来示例出不同的匹配方案及其对ADC增益带宽及动态范围的影响。从一次侧匹配结构开始(图3a)，将一个50Ω阻抗的信号加于ADTl—1WT型变压器的一次侧。二次侧通过一个0.1μF交流耦合电容直接与MAX1124的输人滤波网络(10Ω隔离电阻与ADC输人阻抗)相连。在INP与INN之间没有再接其他输人滤波电容。

    在这种配置下，虽然变压器二次侧直接接口至ADC的4kΩ／3pF标称输入阻抗，但一次侧平衡的很好。不平衡的二次侧，再加上变压器的漏感，形成一个谐振回路，