為了在無(wú)線通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率以及在雷達(dá)中使用更窄的脈沖來(lái)解析近距離目標(biāo)，對(duì)測(cè)試和測(cè)量?jī)x器的性能和帶寬提出了更高的要求,。高帶寬示波器和射頻數(shù)字轉(zhuǎn)換器等射頻 （RF） 測(cè)試和測(cè)量?jī)x器可使用射頻采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）,，對(duì)從直流到數(shù)千兆赫的信號(hào)同時(shí)進(jìn)行數(shù)字化,。

　　射頻采樣 ADC 取代混頻器與窄帶 ADC 的配置，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性并提高了寬帶測(cè)試和測(cè)量?jī)x器,、雷達(dá)和無(wú)線收發(fā)器的性能,。

　　設(shè)計(jì)人員通常使用與無(wú)源平衡-非平衡變壓器級(jí)聯(lián)的單端增益塊來(lái)驅(qū)動(dòng)射頻采樣 ADC。不過(guò),，這種方法也有缺點(diǎn)，即限制了可實(shí)現(xiàn)的性能,。在本文中,，我們將討論這些缺點(diǎn)，并說(shuō)明射頻全差分放大器 （FDA） 如何幫助您更大限度提高射頻采樣 ADC 的性能,。

　　直流耦合射頻采樣 ADC

　　射頻采樣 ADC 接受差分輸入,，可抑制共模噪聲和干擾并改善二階失真。由于帶寬較寬,，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用基于變壓器的無(wú)源平衡-非平衡變壓器,，將單端射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，以此驅(qū)動(dòng)射頻采樣 ADC,。然而,，無(wú)源平衡-非平衡變壓器在低頻側(cè)的工作頻率為幾百千赫或幾十兆赫，視其支持的帶寬而定,。因此,，在測(cè)試和測(cè)量?jī)x器中使用無(wú)源平衡-非平衡變壓器驅(qū)動(dòng)射頻采樣 ADC 會(huì)限制可數(shù)字化的最低頻率。

　　直流耦合TRF1305?射頻 FDA 可利用直流到 6.5GHz 范圍的可用大信號(hào)帶寬來(lái)執(zhí)行單端至差分轉(zhuǎn)換,，同時(shí)提供增益,。圖 1展示了 TRF1305 射頻 FDA 在直流耦合應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)射頻采樣 ADC 的情況。射頻采樣 ADC 具有較窄的輸入共模范圍,，超出此共模范圍運(yùn)行會(huì)降低 ADC 性能,。得益于可采用單電源或靈活雙電源并支持輸出共?？刂疲琓RF1305 的輸出共模更容易與 ADC 的輸入共模相匹配,。這些功能使該放大器廣泛用于直流耦合射頻測(cè)試和測(cè)量?jī)x器,，例如高帶寬示波器、任意波形發(fā)生器和射頻數(shù)字轉(zhuǎn)換器,。

　　圖 1：TRF1305 射頻 FDA 直流耦合到射頻采樣 ADC

　　線性度更高

　　信號(hào)鏈中各元件的非線性會(huì)影響存在大干擾信號(hào)的情況下對(duì)小信號(hào)的檢測(cè),。二階非線性在窄帶系統(tǒng)中無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)楫a(chǎn)生的非線性在目標(biāo)頻帶之外,，并且通常會(huì)被濾除,。不過(guò)，寬帶系統(tǒng)并非如此,。當(dāng)輸入信號(hào)帶寬涵蓋多個(gè)倍頻程時(shí),，信號(hào)的二階非線性會(huì)出現(xiàn)在頻帶內(nèi)。例如,，假設(shè)有一個(gè)射頻采樣 ADC 用于 0.5GHz 至 2GHz 的射頻帶寬,。0.5GHz 信號(hào)的二階非線性發(fā)生在該頻率的兩倍處，即 1GHz 位置,。不過(guò),，這個(gè)二階非線性小于 2GHz 的最大目標(biāo)頻率，由于無(wú)法將其濾除,，因此必須將其盡可能降低,。

　　射頻采樣 ADC 可以在其輸入由平衡差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)更大限度降低二階非線性。寬帶無(wú)源平衡-非平衡變壓器的差分輸出可能具有較差的增益和相位不平衡,，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不平衡和 ADC 線性性能下降 [1],。用于在無(wú)源平衡-非平衡變壓器之前放大信號(hào)的射頻增益塊采用單端運(yùn)行方式，因此具有較差的二階非線性,。TRF1305 和,？TRF1208?等射頻 FDA 采用了反饋技術(shù)，有助于改善差分輸出的增益和相位不平衡,。這些放大器的差分特性確保了在提供信號(hào)放大功能的同時(shí)更大限度減少二階失真,，并增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的線性度。

　　保護(hù) ADC 不受損壞

　　在許多測(cè)試和測(cè)量以及航空航天和國(guó)防系統(tǒng)中,，用戶輸入是未知的,。這些系統(tǒng)的核心射頻 ADC 對(duì)高功率級(jí)別和過(guò)驅(qū)很敏感。這些 ADC 也往往具有高性能,，通常是信號(hào)鏈中較為昂貴的元件之一,。因此，務(wù)必謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)信號(hào)鏈,，確保上述元件不會(huì)損壞 ADC,。按照設(shè)計(jì),，射頻 FDA 在將射頻采樣 ADC 驅(qū)動(dòng)到滿量程時(shí)呈線性。

　　圖 2展示了 TRF1208 FDA 在發(fā)生 4GHz 連續(xù)波輸入過(guò)載時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出飽和電平,。TRF1208 具有 16dB 的增益,，其輸出在 FDA 的輸入功率約為 2dBm 時(shí)飽和至 3.6Vpp。因此,，通過(guò)使用射頻 FDA 來(lái)驅(qū)動(dòng) ADC,，本身就會(huì)在輸出削波導(dǎo)致過(guò)載期間限制功率。

　　圖 2：發(fā)生 4GHz 連續(xù)波輸入過(guò)載時(shí),，TRF1208 FDA 的差分輸出鉗位在 3.6Vpp

　　如圖 3?所示,，在 FDA 和 ADC 之間設(shè)計(jì)一個(gè)衰減器墊可以限制 ADC 引腳上的電壓擺幅，保護(hù) ADC 不受損壞,，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng),，同時(shí)提供更多設(shè)計(jì)靈活性。

　　圖 3：射頻 FDA 的輸出在過(guò)載時(shí)削波,，從而限制進(jìn)入 ADC 的信號(hào)功率

　　結(jié)語(yǔ)

　　射頻采樣 ADC 的技術(shù)進(jìn)步和實(shí)際運(yùn)用可減少元件數(shù)量并減小電路板尺寸,，從而簡(jiǎn)化射頻測(cè)試和測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)架構(gòu)。專(zhuān)為 ADC 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用定制的射頻 FDA（例如 TRF1305）可以對(duì)直流到 6.5GHz 以上的信號(hào)進(jìn)行單端至差分轉(zhuǎn)換,，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)架構(gòu),。在接收信號(hào)鏈中配合使用寬帶射頻 FDA 和射頻采樣 ADC，可增強(qiáng)系統(tǒng)性能,，同時(shí)減少元件數(shù)量,，減小電路板尺寸，并降低系統(tǒng)成本,。

　　其他資源

　　·在 TI.com 上訂購(gòu) TRF1305EVM 并立即開(kāi)始使用,。

　　·閱讀文章“在發(fā)送信號(hào)鏈設(shè)計(jì)中使用差分轉(zhuǎn)單端射頻放大器的優(yōu)勢(shì)”,。

　　·閱讀《TRF1208/TRF1108 具有 Xilinx RFSoC 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的有源平衡-非平衡變壓器接口》應(yīng)用手冊(cè),，了解更多信息。

　　·查看德州儀器的射頻和微波產(chǎn)品,。

　　參考資料

　　1.Reeder, Rob. “A close look at active vs. passive RF converter front ends”,。 Planet Analog, Jan. 26, 2022.發(fā)表于《電子設(shè)計(jì)》雜志。

更多精彩內(nèi)容歡迎點(diǎn)擊==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<