如何为ADC转换器设计变压器耦合型前端.doc

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1、如何为ADC转换器设计变压器耦合型前端　　　　前言　　采用高输入频率（IF）的高速模拟－数字变换器（ADC）的系统，其设计一直被证明是一项具有挑战性的任务。而变压器的采用则使得这一任务变得更为困难，因为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采用变压器耦合前端设计时应该注意的问题进行了分类说明。　　　　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。在大多数情况下它的量值为50Ω，但是某些设计也会要求采用其他阻抗值。变压器本质上是跨阻抗器件，因为在有必要时，它们也可

2、以实现特性阻抗不同的电路间的耦合，从而让总的系统负载得到充分的平衡。　　带宽是指系统所使用的频率的范围。这宽度可窄可宽，分布在基带上（第一Nyquist频率），或者覆盖多个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用的前端元件，如滤波器和变压器，这方面的要求有可能成为最难达到的参数之一。　　电压驻波比（VSWR）则量度所关心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。这可能是由于纹波的影响或者一个简单的

3、低通滤波器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可能会由于带宽、信号品质（抖动）和增益方面的原因而变差。请记住，当信号被放大时，噪声分量也会同时被放大。　　无寄生动态范围（SpuriousFreeDynamicRange，SFDR）是满量度rms值与峰值寄生频谱分量的rms值之比。这主要是由于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；第二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

4、，匹配变得越来越困难，而非线性的变压器的寄生分量（通常可被视为一种3次谐波）却会上升。　　　　变压器参数　　变压器可以被简单地视为一种带通滤波器。　　插入损耗，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常见的量度指标参数，但它不应该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，理想的1:2阻抗变换器在次级端接有100Ω阻抗时，在原级所反映出来的阻抗为50Ω。不过，这并不总是成立，因为原边所反映出的阻抗将随着频率的变化而变化。随着阻抗比的增加，回波损耗也会发生相应的变化。　　幅相不平衡性是考察变压器的一个关键的

5、性能特性。设计需要采用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。随着频率的增加，变压器的非线性也在增加。相位的非平衡往往是主要的不平衡性，相应会带来偶数阶次的失真，或者二次谐波的增加。　　　　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更容易驱动。　　开关电容ADC是一种无缓冲的ADC的一个具体例子。前端设计则直接与ADC内部的采样－保持电路（SAH）网络相连接。这就带来了两个问题：一是ADC的输入阻抗会随着时间和模式不同而发生变化；第二种则是电荷注入，它会反映到

6、ADC的模拟输入上，这会带来滤波器稳态建立（filtersettling）方面的问题。　　带有缓冲的ADC的理解和使用最为方便。通过采用能够抑制电荷注入带来的尖峰的隔离缓冲器，可以显著降低开关的瞬态。与开关电容ADC中的情形不同，输入的端接特性在整个规定的ADC带宽上不会随着模拟输入频率的不同而发生变化，恰当的驱动电路的选择将变得更为方便。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。