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射頻全差分放大器（FDA）如何增強測試係統？射頻采樣模數轉換器（ADC）來幫忙！

發布時間：2024-11-25 責任編輯：lina

【導讀】weilezaiwuxiantongxinxitongzhongshixiangenggaodeshujusulvyijizaileidazhongshiyonggengzhaidemaichonglaijiexijinjulimubiao，duiceshiheceliangyiqidexingnenghedaikuantichulegenggaodeyaoqiu。gaodaikuanshiboqiheshepinshuzizhuanhuanqidengshepin（RF）測試和測量儀器可使用射頻采樣模數轉換器（ADC），對從直流到數千兆赫的信號同時進行數字化。

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射頻采樣 ADC 取代混頻器與窄帶 ADC 的配置，降低了係統複雜性並提高了寬帶測試和測量儀器、雷達和無線收發器的性能。

設計人員通常使用與無源平衡-非平衡變壓器級聯的單端增益塊來驅動射頻采樣 ADC。不過，這種方法也有缺點，即限製了可實現的性能。在本文中，我們將討論這些缺點，並說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，可抑製共模噪聲和幹擾並改善二階失真。由於帶寬較寬，係統設計人員使用基於變壓器的無源平衡-非平衡變壓器，將單端射頻信號轉換為差分信號，以此驅動射頻采樣 ADC。然而，無源平衡-非平衡變壓器在低頻側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，在測試和測量儀器中使用無源平衡-非平衡變壓器驅動射頻采樣 ADC 會限製可數字化的最低頻率。

直流耦合 TRF1305 射頻 FDA 可利用直流到 6.5GHz 範圍的可用大信號帶寬來執行單端至差分轉換，同時提供增益。圖 1 展示了 TRF1305 射頻 FDA 在直流耦合應用中驅動射頻采樣 ADC 的情況。射頻采樣 ADC 具有較窄的輸入共模範圍，超出此共模範圍運行會降低 ADC 性能。得益於可采用單電源或靈活雙電源並支持輸出共模控製，TRF1305 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於直流耦合射頻測試和測量儀器，例如高帶寬示波器、任意波形發生器和射頻數字轉換器。

圖 1：TRF1305 射頻 FDA 直流耦合到射頻采樣 ADC.png

圖 1：TRF1305 射頻 FDA 直流耦合到射頻采樣 ADC

線性度更高

信xin號hao鏈lian中zhong各ge元yuan件jian的de非fei線xian性xing會hui影ying響xiang存cun在zai大da幹gan擾rao信xin號hao的de情qing況kuang下xia對dui小xiao信xin號hao的de檢jian測ce。二er階jie非fei線xian性xing在zai窄zhai帶dai係xi統tong中zhong無wu關guan緊jin要yao，因yin為wei產chan生sheng的de非fei線xian性xing在zai目mu標biao頻pin帶dai之zhi外wai，並bing且qie通tong常chang會hui被bei濾lv除chu。不bu過guo，寬kuan帶dai係xi統tong並bing非fei如ru此ci。當dang輸shu入ru信xin號hao帶dai寬kuan涵han蓋gai多duo個ge倍bei頻pin程cheng時shi，信xin號hao的de二er階jie非fei線xian性xing會hui出chu現xian在zai頻pin帶dai內nei。例li如ru，假jia設she有you一yi個ge射she頻pin采cai樣yang ADC 用於 0.5GHz 至 2GHz 的射頻帶寬。0.5GHz 信號的二階非線性發生在該頻率的兩倍處，即 1GHz 位置。不過，這個二階非線性小於 2GHz 的最大目標頻率，由於無法將其濾除，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驅動時更大限度降低二階非線性。寬帶無源平衡-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，會導致信號不平衡和 ADC 線性性能下降。用於在無源平衡-非平衡變壓器之前放大信號的射頻增益塊采用單端運行方式，因此具有較差的二階非線性。TRF1305 和 TRF1208 等射頻 FDA 采(cai)用(yong)了(le)反(fan)饋(kui)技(ji)術(shu)，有(you)助(zhu)於(yu)改(gai)善(shan)差(cha)分(fen)輸(shu)出(chu)的(de)增(zeng)益(yi)和(he)相(xiang)位(wei)不(bu)平(ping)衡(heng)。這(zhe)些(xie)放(fang)大(da)器(qi)的(de)差(cha)分(fen)特(te)性(xing)確(que)保(bao)了(le)在(zai)提(ti)供(gong)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)功(gong)能(neng)的(de)同(tong)時(shi)更(geng)大(da)限(xian)度(du)減(jian)少(shao)二(er)階(jie)失(shi)真(zhen)，並(bing)增(zeng)強(qiang)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)線(xian)性(xing)度(du)。

保護 ADC 不受損壞

在許多測試和測量以及航空航天和國防係統中，用戶輸入是未知的。這些係統的核心射頻 ADC 對高功率級別和過驅很敏感。這些 ADC 也往往具有高性能，通常是信號鏈中較為昂貴的元件之一。因此，務必謹慎設計信號鏈，確保上述元件不會損壞 ADC。按照設計，射頻 FDA 在將射頻采樣 ADC 驅動到滿量程時呈線性。

圖 2 展示了 TRF1208 FDA 在發生 4GHz 連續波輸入過載時對應的輸出飽和電平。TRF1208 具有 16dB 的增益，其輸出在 FDA 的輸入功率約為 2dBm 時飽和至 3.6Vpp。因此，通過使用射頻 FDA 來驅動 ADC，本身就會在輸出削波導致過載期間限製功率。

圖 2：發生 4GHz 連續波輸入過載時.png

圖 2：發生 4GHz 連續波輸入過載時，TRF1208 FDA 的差分輸出鉗位在 3.6Vpp

如圖 3 所示，在 FDA 和 ADC 之間設計一個衰減器墊可以限製 ADC 引腳上的電壓擺幅，保護 ADC 不受損壞，簡化係統設計注意事項，同時提供更多設計靈活性。

圖 3：射頻 FDA 的輸出在過載時削波.png

圖 3：射頻 FDA 的輸出在過載時削波，從而限製進入 ADC 的信號功率

結語

射頻采樣 ADC 的技術進步和實際運用可減少元件數量並減小電路板尺寸，從而簡化射頻測試和測量儀器的係統架構。專為 ADC 驅動應用定製的射頻 FDA（例如 TRF1305）可以對直流到 6.5GHz 以上的信號進行單端至差分轉換，進一步簡化了係統架構。在接收信號鏈中配合使用寬帶射頻 FDA 和射頻采樣 ADC，可增強係統性能，同時減少元件數量，減小電路板尺寸，並降低係統成本。

文章來源：德州儀器

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