在高中频ADC应用中，如何改善增益平坦度同时又不影响动态性能

摘要：本文指导用户选择适当的变压器，用于高速模/数转换器(ADC)前端的信号调理。本文还阐述了如何合理选择无源元件，在较宽的输入频率范围内改善增益的平坦度，而且不会牺牲ADC的动态特性。文中给出了变压器原级和次级匹配的差别，详细描述了中等频率至高频应用中高速ADC设计所面临的增益平坦度与动态范围的冲突问题。

本文讨论一种将单端信号(通常来自经过缓冲的解调电路)转换成差分信号(以便馈入高中频ADC)的电路。这些电路使用一个宽带变压器、匹配电阻及滤波电容来完成此任务。还讨论了变压器的最优匹配方法，以便保持高速ADC的高动态范围，同时又使增益突起和带宽降低效应减至最小。

用200MHz变压器来实现单端至差分转换

我们选择MAX1449来示例及分析两种可能的输入配置。图1给出一种采用宽带变压器的典型交流耦合单端至差分转换设计方案，其中变压器采用Mini-Circuits®公司的T1-IT-KK81 (200MHz)，采用50Ω一次侧匹配及25Ω/22pF滤波网络。在此结构中，来自50Ω阻抗信号源的单端信号通过变压器后被转换成差分信号。一次侧的50Ω匹配使信号源和变压器之间有良好的匹配。但这同时也意味着变压器一次侧和二次侧之间的失配。从一次侧看过去是一个组合的25Ω阻抗，而二次侧上却是一个很大的失配阻抗，即20kΩ的ADC输入电阻并联22pF电容。这将影响输入网络的频率相应，并将最终影响转换器的频率响应。变压器的标称漏感在25nH至100nH范围内。再加上22pF的输入滤波电容，将产生一个位于110MHz至215MHz之间的干扰谐振频率



在这个频率附近，将产生一个恼人的增益突起。


图1. 利用200MHz变压器将来自50Ω信号源的单端信号转换成差分信号。

用800MHz变压器来实现单端至差分转换

图2给出一种与图1类似的交流耦合配置，但这次是采用性能更好的宽带变压器，例如Mini-Circuits公司的ADT1-1WT (800MHz)，采用一次侧匹配和25Ω/10pF滤波网络。尽管这种变压器具有75Ω的阻抗，但其较低的泄漏电感可获得更好的频率响应，-1dB频率高达400MHz，与之相比T1-IT-KK81则只有50MHz。


图2. 与图1类似，利用变压器将单端信号转换成差分信号，但这次是采用800MHz变压器，因此能提供更好的性能。

变压器D200MHz对比800MHz

图3给出两种匹配方案、滤波网络元件与变压器的测试结果。从图中的两条曲线可看出频响特性的显著改善。T1-IT-KK81型变压器在90MHz至110MHz之间明显地出现了一个大约0.5dB的增益突起，而ADT1-1WT型变压器的曲线在高达300MHz的频率范围内平坦度保持在0.1dB以内。这种条件(即ADT1-1WT型变压器、50Ω一次侧匹配以及在INP与INN上接10pF输入滤波电容)下的动态性能仍能在fIN = 50MHz频率上获得58.4dB的SNR。虽然图3中只给出80MHz至260MHz测试频率下的情况(仅对ADT1-1WT型变压器)，但实验室测试结果证明，即使在输入频率远超出第8奈奎斯特区时，其增益平坦度仍能保持在0.1dB以内。


图3. 用800MHz变压器所获得的增益平坦度比用200MHz变压器所获得增益平坦度有很大的改善。

对变压器二次侧的阻抗进行匹配有助于进一步提高增益平坦度。方法之一是在变压器的二次侧，而非一次侧，进行匹配。

特别是对于高中频应用，匹配阻抗的位置非常关键。根据对增益平坦度及动态性能的不同要求，交流耦合输入进来的信号可在变压器的任何一侧进行匹配。宽带变压器是一种可方便快捷地在一个较宽频带上将单端信号转换成差分信号的常用器件。