采用差分放大器來替代平衡-不平衡變壓器的應用設計

您有沒有考慮過采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，那么您應該考慮一下。雖然它們并不適用于所有的應用，但是全差分放大器 （FDA） 提供了一些優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的長處。這里我們列出一些問題，通過回答這些問題可幫助您確定最適合您的設計的是平衡-不平衡變壓器還是 FDA。

平衡-不平衡變壓器常用于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(yōu)良的失真指標。用于高速、差分輸入模數(shù)轉換器 （ADC） 的驅動器電路就是一個常見的例子。

您的應用需要DC去耦嗎？

平衡-不平衡變壓器始終只進行 AC 去耦。假如您的應用需要 DC 去耦，那么最佳的選擇是采用支持 DC 去耦的 FDA。

您的應用存在空間上的限制嗎？

FDA 是集成電路。因此，與平衡-不平衡變壓器相比，F(xiàn)DA 的設計、制造和封裝其占板面積和高度要小得多。作為占板面積分析的一部分，您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采用背對背配置（以降低偶次諧波失真）的平衡-不平衡變壓器所承擔的任務。

您的信號路徑在接收器中的這一級上需要功率增益嗎？

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（采用匝數(shù)比來產(chǎn)生電壓增益）中受制于系統(tǒng)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(shù)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。

ADC和/或濾波器需要緩沖嗎？

平衡-不平衡變壓器不能對來自電源的阻抗進行緩沖。在存在來自 ADC 輸入采樣 / 保持電路的回踢干擾能量、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(yōu)勢，從而使您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并緩沖來自電源的負載。

您是否關心放大器中的轉換速率呢？

盡管平衡-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 能夠支持大于 17，500 V/μs 的轉換速率和 80 ps 的上升時間。

您是否因為平衡-不平衡變壓器是無源組件就認為它是適合您系統(tǒng)的最佳選擇呢？

雖然平衡-不平衡變壓器是無源組件且不消耗功率，但是由于位于 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 將提供您所需要的 IF 增益，并有可能免除平衡-不平衡變壓器。

FDA會增加噪聲嗎？

相比于平衡-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您都需要一個 IF 放大器。通常，RF LNA 將設定噪聲性能。

FDA會限制失真性能嗎？

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(yōu)于放大器。在非常高的頻率下（》》1 GHz）這或許是正確的，但是諸如 TI 等放大器制造商則提供了在很多常用頻率下（尤其是在 DC 至 1 GHz 的頻率范圍內）擁有優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的幅度平衡和失真指標的 FDA。

比如，我們的LMH5401FDA 可在 100 MHz 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(zhí)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 2 GHz）所必需的失真性能。

所以，總的說來，F(xiàn)DA 可在單顆芯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 放大性能并實現(xiàn)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 示出了一款采用“有源平衡-不平衡變壓器”配置的典型應用電路，其由LMH5401FDA 在一個 GSPS ADC（比如：12 位、4 GSPS RF 采樣ADC12J4000）之前提供增益、緩沖和單端至差分轉換。

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(yōu)缺點的快速參考。

所以，當下一次您需要驅動一個高速、差分輸入 ADC 時，務必考慮采用諸如LMH3401或LMH5401等 FDA。對于 1 GHz 以下的許多應用來說，F(xiàn)DA 不僅將縮短您的物料清單，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。

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