新闻中心

EEPW首页 > 嵌入式系统 > 设计应用 > 高性能65 MHz带宽四通道中频接收机电路图

高性能65 MHz带宽四通道中频接收机电路图

作者:时间:2017-10-31来源:网络收藏

  电路功能与优势

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/369758.htm

  图1所示电路是基于超高动态范围差分放大器驱动器ADL5565和11位、200 MSPS四通道AD6657A的65 MHz带宽接收机前端。

  四阶巴特沃兹抗混叠滤波器基于放大器和的性能和接口要求而优化。由滤波器网络和其他阻性元件引起的总插入损耗仅为2.0 dB。总体电路带宽为65 MHz,低通滤波器在190 MHz下具有1 dB带宽,在210 MHz下具有3 dB带宽。通带平坦度为1dB。

  该电路专为处理以140 MHz为中心、采样速率为184.32 MSPS的65 MHz带宽中频信号而优化。在65 MHz频段内采用140 MHz模拟输入测得的SNR和SFDR分别为70.1 dBFS和80.9 dBc。

  

  图1:四通道前端的单通道(原理示意图:未显示所有连接和去耦)增益、损耗和信号电平10 MHz下测得值

  电路描述

  图1所示电路接受单端输入并使用宽带宽(3 GHz) M/A-COM ECT1-1-13M 1:1变压器将其转换为差分信号。 ADL5565 6.0 GHz差分放大器采用6 dB增益工作时具有200 Ω的差分输入阻抗,采用12 dB增益工作时为100 Ω,采用15.5 dB增益工作时为67 Ω。

  ADL5565是 AD6657A的理想驱动器,通过低通滤波器可在ADC中实现全差分架构,提供良好的高频共模抑制,同时将二阶失真产物降至最低。 ADL5565根据输入连接提供6 dB、12 dB和15.5 dB的增益。此电路中,使用6 dB增益补偿滤波器网络和变压器(约2.1 dB)的插入损耗,从而提供4.0 dB的总信号增益。增益还有助于将放大器的噪声影响降至最低。

  AD6657A是一款四通道中频接收机,其中将每个ADC输出从内部连接到数字噪声整形再量化器(NSR)模块。集成NSR电路能够提高奈奎斯特带宽内较小频段的信噪比(SNR)性能。

  可以对NSR模块进行编程,以提供采样速率22%、33%或36%的带宽。对于本电路笔记内采用的数据,采样速率为184.32 MSPS,且以下NSR设置适用:

  NSR带宽 = 36%

  调谐字(TW) = 12

  左频带边缘 = 11.06 MHz(输入 = 173.26 MHz)

  中心频率 = 44.24 MHz(输入 = 140.08 MHz)

  右频带边缘 = 77.41 MHz(输入 = 106.91 MHz)

  NSR模块的详细工作原理请参见 AD6657A数据手册。

  抗混叠滤波器是采用标准滤波器设计程序(本例中是Agilent ADS)设计的四阶巴特沃兹低通滤波器。选择巴特沃兹滤波器是因为它具有平坦响应。四阶滤波器产生1.03的交流噪声带宽比。其他滤波器设计程序可从Nuhertz Technologies ( http://www.nuhertz.com/filter)或Quite Universal Circuit Simulator (Qucs) SimulaTIon (http://www.qucs.sourceforge.net)获得。

  为了实现最佳性能,ADL5565应载入至少200 Ω的净差分负载。20 Ω串联电阻将滤波器电容与放大器输出隔离开,当加入下游阻抗时可产生249 Ω的净负载阻抗。

  15 Ω电阻与ADC输入串联,将内部开关瞬变与滤波器和放大器隔离开。110 Ω电阻与ADC并联,用于降低ADC的输入阻抗,使性能更具可预测性。

  AD6657A的差分输入阻抗与2.2 pF并联,约为2.4 kΩ。对于该类型的开关电容输入ADC,实部与虚部与输入频率成函数关系;详细分析请参见应用笔记AN-742。

  四阶巴特沃兹滤波器采用50 Ω的源阻抗、209 Ω的负载阻抗和190 MHz的3 dB带宽设计而成。滤波器的最终电路值如图1所示。从滤波器程序生成的值如图2所示。为滤波器无源元件选择的值是最接近程序生成值的标准值。ADC的内部 2.2 pF电容用作滤波器设计的最终分流电容。

  从本设计可以看出,最佳性能的获得有时可以是迭代过程。滤波器程序设计值非常接近最终值,但由于存在一些板寄生电容,滤波器最终值略有不同。图3显示了滤波器的最终设计值。

  

  图2. 四阶差分巴特沃兹滤波器的滤波器程序初始设计,ZS = 50 Ω,ZL = 209 Ω,FC = 190

  

  图3. 四阶差分巴特沃兹滤波器的最终设计值,ZS = 50 Ω,ZL = 209 Ω,FC = 190 MHz

  表1总结了系统的测量性能,其中3 dB带宽为210 MHz。网络的总插入损耗约为2 dB。图4所示为最终滤波器电路的带宽响应,图5所示为SNR和SFDR性能。

  表1. 电路的测定性能

  

  图4. 通带平坦度性能与输入频率的关系

  

  图5. SNR/SFDR性能与输入频率的关系

  滤波器和接口设计程序

  本节介绍放大器/ADC与滤波器接口设计的常用方法。为了实现最佳性能(带宽、SNR、SFDR等),放大器和ADC应对一般电路形成某些设计限制:

  放大器应参考数据手册推荐的正确直流负载,以获得最佳性能。

  放大器与滤波器的负载间必须使用正确数量的串联电阻。这是为了防止通带内的不良信号尖峰。

  ADC的输入应通过外部并联电阻降低,并使用正确串联电阻将ADC与滤波器隔离开。此串联电阻也会减少信号尖峰。

  此设计方法倾向于利用大多数高速ADC的相对较高输入阻抗和驱动源的相对较低阻抗,将滤波器的插入损耗降至最低。

  设计程序的详情请参见电路笔记 CN-0227 和 CN-0238。

  电路优化技术和权衡

  本接口电路内的参数具有高互动性;因此优化电路的所有关键规格(带宽、带宽平坦度、SNR、SFDR、增益等)几乎不可能。不过,通过变更RA和RKB,可以最大程度地减少通常发生于带宽响应内的信号尖峰。

  ADC输入端的串联电阻(RKB)应选择为尽量减少任何残余电荷注入(从ADC内部采样电容)造成的失真。增加此电阻也倾向减少带内的信号尖峰。

  不过,增加RKB会增加信号衰减,因此放大器必须驱动更大信号才能填充ADC的输入范围。

  优化通带平坦度的另一方法是略微变更滤波器分流电容。

  ADC输入端接电阻(2RTADC)通常应选择为使净ADC输入阻抗介于200 Ω和400 Ω之间。降低该电阻可减少ADC输入电容的效应并稳定滤波器设计,但会增加电路的插入损耗。提高该值也会减少信号尖峰。

  上述因素的权衡可能有些困难。本设计中,每个参数权重相等;因此所选值代表了所有设计特征的接口性能。某些设计中,可根据系统要求选择不同值,以优化SFDR、SNR或输入驱动电平。

  本设计中的SFDR性能取决于两个因素:放大器和ADC接口元件值,如图1所示。表1和图5所示的最终SFDR性能数字是在优化滤波器设计后获得的,考虑了用于滤波器设计的板寄生电容和非理想元件。

  该特定设计中可以权衡的另一因素是ADC满量程设置。对于采用本设计获得的数据,满量程ADC差分输入电压设置为1.75 V p-p,它可以优化SFDR。将满量程输入范围更改为2.0 V p-p可稍稍改善SNR,但SFDR性能会略微降低。沿相反方向将满量程输入范围更改为1.5 V p-p可稍稍改善SFDR,但SNR性能会略微降低。

  请注意,本设计中的信号与0.1 µF电容进行交流耦合,以阻挡放大器、其端接电阻和ADC输入之间的共模电压。共模电压的详情请参见AD6657A数据手册。

  无源元件和PCB寄生考虑因素

  该电路或任何高速电路的性能都高度依赖于适当的PCB布局,包括但不限于电源旁路、受控阻抗线路(如需要)、元件布局、信号布线以及电源层和接地层。高速ADC和放大器PCB布局的详情请参见教程MT-031和MT-101。

  低寄生表面贴装电容、电感和电阻应用于滤波器内的无源元件。所选电感来自Coilcraft 0603CS系列。滤波器所用表面贴装电容的稳定性和精度是5%、C0G、0402型。

  系统的完整文档请参见CN-0259设计支持包(CN0259-DesignSupport)。

  常见变化

  针对需要更少带宽和更低功耗的应用,可使用ADL5562差分放大器。 ADL5562的带宽为3.3 GHz。如需更低的功耗和带宽,还可使用 ADA4950-1。该器件的带宽为1 GHz,仅使用10 mA的电流。



关键词: 中频接收机 ADI

评论


相关推荐

技术专区

关闭