【導讀】為(wei)了(le)在(zai)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)中(zhong)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)以(yi)及(ji)在(zai)雷(lei)達(da)中(zhong)使(shi)用(yong)更(geng)窄(zhai)的(de)脈(mai)衝(chong)來(lai)解(jie)析(xi)近(jin)距(ju)離(li)目(mu)標(biao)，對(dui)測(ce)試(shi)和(he)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)和(he)帶(dai)寬(kuan)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。高(gao)帶(dai)寬(kuan)示(shi)波(bo)器(qi)和(he)射(she)頻(pin)數(shu)字(zi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)等(deng)射(she)頻(pin) (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。

為(wei)了(le)在(zai)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)中(zhong)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)以(yi)及(ji)在(zai)雷(lei)達(da)中(zhong)使(shi)用(yong)更(geng)窄(zhai)的(de)脈(mai)衝(chong)來(lai)解(jie)析(xi)近(jin)距(ju)離(li)目(mu)標(biao)，對(dui)測(ce)試(shi)和(he)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)和(he)帶(dai)寬(kuan)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。高(gao)帶(dai)寬(kuan)示(shi)波(bo)器(qi)和(he)射(she)頻(pin)數(shu)字(zi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)等(deng)射(she)頻(pin) (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。

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

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 [1]。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 caiyonglefankuijishu
，youzhuyugaishanchafenshuchudezengyihexiangweibupingheng。zhexiefangdaqidechafentexingquebaolezaitigongxinhaofangdagongnengdetongshigengdaxiandujianshaoerjieshizhen，bingzengqiangzhenggexitongdexianxingdu。

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

，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，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。

其他資源

• 在 TI.com 上訂購 TRF1305EVM 並立即開始使用。

• 閱讀文章“在發送信號鏈設計中使用差分轉單端射頻放大器的優勢”。

• 閱讀《TRF1208/TRF1108 具有 Xilinx RFSoC 數據轉換器的有源平衡-非平衡變壓器接口》應用手冊
  ，了解更多信息。

• 查看德州儀器的射頻和微波產品。

參考資料

1. Reeder, Rob. “A close look at active vs. passive RF converter front ends”. Planet Analog, Jan. 26, 2022.發表於《電子設計》雜誌。

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