如何为ADC转换器设计变压器耦合型前端

1、如何为adc转换器设计变压器耦合型前端 采纳高输入频率(if)的高速模拟-数字变换器()的系统，其设计向来被证实是一项具有挑战性的任务。而的采纳则使得这一任务变得更为困难，由于变压器存在固有的非线性，这些非线性特性会造成性能难以达到标准。本文就高速分级比较(sub-ranging)adc采纳变压器耦合前端设计时应当注重的问题举行了分类解释。设计参数在设计前端时有若干重要的参数需要予以考虑。输入阻抗是设计的特性阻抗。在大多数状况下它的量值为50，但是某些设计也会要求采纳其他阻抗值。变压器本质上是跨阻抗器件，由于在有须要时，它们也可以实现特性阻抗不同的间的耦合，从而让总的系统负载得到充分的平衡。带

2、宽是指系统所用法的频率的范围。这宽度可窄可宽，分布在基带上(第一nyquist 频率)，或者笼罩多个nyquist 区。输入驱动电平是带宽参数的函数，设定了特定应用所需要的系统增益。驱动电平在很大程度上取决于所采纳的前端元件，如和变压器，这方面的要求有可能成为最难达到的参数之一。驻波比 (vswr)则量度所关怀的带宽上被反射到负载中的功率大小。该参数设定了用于实现adc的满度输入时所需要的输入驱动电平。通带平坦度是在规定的带宽内性能发生波动的大小。这可能是因为纹波的影响或者一个容易的的很缓慢的滚降特性所造成的。通带平坦度往往小于或者等于1db,对于总系统的设定来说很关键。信噪比 (snr)是变

3、换器所看到的信号与其自身噪声间的相对关系。在前端中，snr可能会因为带宽、信号品质(颤动)和增益方面的缘由而变差。请记住，当信号被放大时，噪声重量也会同时被放大。无寄生动态范围(spurious free dynamic range,sfdr)是满量度rms值与峰值寄生频谱重量的rms值之比。这主要是因为前端的两个特性所造成的，第一种特性是变压器的线性度，或者平衡品质，后者与二次谐波失真有关;其次种特性是增益和输入间的匹配关系。随着所需要的增益量的提升，匹配变得越来越困难，而非线性的变压器的寄生重量(通常可被视为一种3次谐波)却会升高。变压器参数变压器可以被容易地视为一种带通滤波器。插入损耗

4、,表示变压器在特定的频率上的损耗量，是一个变压器的数据表中最为频繁的量度指标参数，但它不应当成为设计中唯一考虑的指标。回波损耗是指变压器的次级端接时其原级一侧所看到的变压器。例如，抱负的1:2阻抗变换器在次级端接有100阻抗时，在原级所反映出来的阻抗为 50。不过，这并不总是成立，由于原边所反映出的阻抗将随着频率的变幻而变幻。随着阻抗比的增强，回波损耗也会发生相应的变幻。幅相不平衡性是考察变压器的一个关键的性能特性。设计需要采纳100mhz以上的if频率时，这两个规范可以让设计者了解可能遇上多大的非线性。随着频率的增强，变压器的非线性也在增强。相位的非平衡往往是主要的不平衡性，相应会带来偶数阶

5、次的失真，或者二次谐波的增强。adc 参数adc可以分为两种类型：带有缓冲的和不带缓冲的。无缓冲adc的功耗往往要远大于缓冲adc,但是缓冲adc更简单驱动。开关adc是一种无缓冲的adc的一个详细例子。前端设计则挺直与adc内部的采样-保持电路(sah)网络相衔接。这就带来了两个问题：一是 adc的输入阻抗会随着时光和模式不同而发生变幻;其次种则是电荷注入，它会反映到adc的模拟输入上，这会带来滤波器稳态建立(filter settling)方面的问题。带有缓冲的adc的理解和用法最为便利。通过采纳能够抑制电荷注入带来的尖峰的隔离缓冲器，可以显着降低开关的瞬态。与开关电容adc中的情形不同，

6、输入的端接特性在囫囵规定的adc带宽上不会随着模拟输入频率的不同而发生变幻，恰当的驱动电路的挑选将变得更为便利。带缓冲的输入级的不利之处，就在于会使得adc消耗更多的功率。设计示例下面给出了基带和if应用的设计实例，分离1和2所示。在基带应用中，adc的输入阻抗普通都很高，因此输入的匹配的重要性较低，而且也更简单实现。往往一、两个小量值的、用于衰减电荷注入效应的串联外加容易的差分输入电容就够用了。这样一来，就只需要一个容易的滤波器，来衰减宽带噪声，以获得最优的性能。图1 无缓冲的(开关电容式)adc示例高频应用则需要设计者作出更多一些的思量。要优化输入的匹配，就需要通过前端跟踪模式阻抗的匹配来

7、让输入的阻抗尽可能呈阻性。用法串连或者并联的或者铁氧体磁珠(在图中示出的是前者)，可以消退“电容”项。总之，对输入举行匹配可以给出良好的带宽、增益平坦度(功率驱动的变幻更小)和更为精彩的性能(sfdr)。图2 带缓冲的adc示例带缓冲的adc的基带应用同样用法一个容易的网络，类似于开关电容adc的配置。请注重，应对副边举行端接来将其与原边的输入相匹配。在图2中，针对高if应用用法了双balun(平衡/非平衡转换)。这就使得输入在高达300mhz的范围内能得到很好的保持平衡，让二阶失真始终最小化。小结设计中必需考虑多种参数，以实现最佳的性能。变压器千差万别。设计者若能理解特定的变压器性能参数，并向创造商询问没有给出的参数，就能够更好预测出其设计的特性。高if设计对于变压器的相位非平衡性很敏感;因此这些设计可能需要两个变压器或者balun。了解所采纳的adc是属于缓冲型还是非缓冲型也很重要。不带缓冲的adc的输入阻抗是随时光而变幻的，在高if状况下，相应的设计也更为困难。为了优化设计，输入应当实现跟踪匹配。用法磁珠或者低q的电感来消退开关电容adc