工程師2 發表於 2018-05-29 09:32:00
平衡-不平衡變壓器常用於將單端信號轉換為差分信號，其可在不增加噪聲的同時保持優良的失真指標。用於高速、差分輸入模數轉換器 （ADC） 的驅動器電路就是一個常見的例子。
你有沒有考慮過採用差分放大器來替代 RF/IF 信號鏈路中的平衡-不平衡變壓器呢？如果沒有，那麼你應該考慮一下。雖然它們並不適用於所有的應用，但是全差分放大器 （FDA） 提供了一些優於平衡-不平衡變壓器的長處。
這裡我們列出8個問題，通過回答這些問題可幫助你確定最適合你的設計的是平衡-不平衡變壓器還是FDA。
平衡-不平衡變壓器始終只進行AC去耦。假如你的應用需要DC去耦，那麼最佳的選擇是採用支持DC去耦的FDA。
FDA是集成電路。因此，與平衡-不平衡變壓器相比，FDA的設計、製造和封裝其佔板面積和高度要小得多。作為佔板面積分析的一部分，你還應當考慮到這樣一點：在某些場合中單個 FDA 能夠完成兩個大得多的採用背對背配置（以降低偶次諧波失真）的平衡-不平衡變壓器所承擔的任務。
平衡-不平衡變壓器不能提供功率增益。而且，當提供電壓增益時，它們在升壓型電壓配置（採用匝數比來產生電壓增益）中受制於系統的阻抗。這就使得難以在使用所需的濾波器阻抗的同時獲得期望的匝數比電壓增益。事實上，平衡-不平衡變壓器往往具有插入損耗。FDA 在阻抗變換中提供了真正的信號增益和靈活性。
平衡-不平衡變壓器不能對來自電源的阻抗進行緩衝。在存在來自ADC輸入採樣/保持電路的回踢幹擾能量、或者也許所選的濾波器即將引起負載難題的場合，這一點特別有意義。FDA提供了此類優勢，從而使你能夠靈活地針對所需的確切電壓增益進行電路的配置，同時驅動所選的阻抗並緩衝來自電源的負載。
儘管平衡-不平衡變壓器通常不會對轉換速率施加很大的限制，但是差分放大器同樣無須限制轉換速率。LMH5401FDA能夠支持大於17，500V/μs的轉換速率和80 ps的上升時間。
雖然平衡-不平衡變壓器是無源組件且不消耗功率，但是由於位於ADC之前的下變頻接收器和濾波器中的信號損耗、甚至是平衡-不平衡變壓器自身中的損耗，導致在許多情況下都需要布設一個IF增益級。FDA將提供你所需要的IF增益，並有可能免除平衡-不平衡變壓器。
相比於平衡-不平衡變壓器，使用FDA將增加信號路徑的噪聲，但是在很多場合中無論如何你都需要一個IF放大器。通常，RF LNA將設定噪聲性能。
許多設計人員都偏愛使用平衡-不平衡變壓器，因為他們認為其失真性能優於放大器。在非常高的頻率下（＞＞1 GHz）這或許是正確的，但是諸如TI等放大器製造商則提供了在很多常用頻率下（尤其是在DC至1GHz的頻率範圍內）擁有優於平衡-不平衡變壓器的幅度平衡和失真指標的FDA。
比如，我們的LMH5401 FDA可在100MHz頻率下提供＞60dBc的平衡誤差，而在1 GHz頻率下則接近50dBc。這提供了大約100dBc（在100 MHz）和大約60dBc（在1 GHz）的諧波失真。請參見圖1，以了解有關幅度平衡誤差的更多詳情。
圖 1：LMH5401 在執行單端至差分轉換時的平衡誤差
粗略地講，LM5401和LM3401擁有驅動16位ADC（在高達約300 MHz）、14 位ADC（在高達約500 MHz）、12位ADC（在高達約1 GHz）、以及8位和10 位ADC（在高達2GHz）所必需的失真性能。
所以，總的說來，FDA可在單顆晶片內集成兩種或三種功能―IF放大器及一個或兩個平衡-不平衡變壓器―同時改善IF放大性能並實現低功耗、較小的尺寸、較高的帶寬和卓越的失真指標。這一點即使在單端至差分配置中也不例外。
圖2顯示出了一款採用「有源平衡-不平衡變壓器」配置的典型應用電路，其由LMH5401 FDA 在一個GSPS ADC（比如：12 位、4 GSPS RF採樣 ADC12J4000）之前提供增益、緩衝和單端至差分轉換。
圖2：顯示有源平衡-不平衡變壓器配置的LMH5401應用電路
下表給出了平衡-不平衡變壓器和FDA的某些優缺點的快速參考。
平衡-不平衡變壓器全差分放大器
尺寸大尺寸（大多數都大於 20 mm2）
高度（大多數都大於 3 mm）小尺寸（LMH3401 為 6.35 mm2）
高度（LMH3401 小於 0.6 mm）
DC 耦合不適用支持
頻率響應具有大的插入損耗並隨頻率而變化極小的插入損耗，而且在整個頻率範圍內更加恆定
功率增益無功率增益
－ 阻抗匹配與電壓 / 電流增益相關可提供功率增益
－ 阻抗匹配與增益無關
緩衝無緩衝
－ 濾波器受影響：負載與濾波器阻抗相互影響
－ 無反向隔離有緩衝
－ 濾波器阻抗靈活：可使負載免受濾波器的影響
－ 反向隔離：可隔離 ADC 輸入級幹擾
失真無失真規格
幅度平衡指標較差更好的失真規格
更好的幅度平衡
噪聲噪聲較小增加了噪聲
溫度範圍有限的「規格指標與溫度的關係」
在整個溫度範圍內增益變化很大確定的「規格指標與溫度的關係」
在整個溫度範圍內增益變化很小
可靠性由於機械構造的原因（比如：飛行過程中的振動）而不太可靠由於採用單片式實現方案，因而具有高可靠性
模型設計模型極少通常提供 SPICE 和 ADS 模型
所以，當下一次你需要驅動一個高速、差分輸入ADC時，務必考慮採用諸如LMH3401或LMH401等FDA。對於1 GHz以下的許多應用來說，FDA不僅將縮短你的物料清單，而且還可提供較寬的帶寬支持、較小的尺寸、DC耦合及簡化的設計。
打開APP閱讀更多精彩內容聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴