當使用雙變壓器配置時寬帶ADC前端設計考慮

背景
　　變壓器用于信號隔離，并且將單端信號轉(zhuǎn)換成差分信號。當在高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）前端電路中使用變壓器時常常忽略的一個問題是變壓器絕非理想器件。任何由變壓器引起的輸入失衡都會使輸入的正弦信號變成非理想的正弦信號波形傳送給ADC的輸入端，從而導致ADC的總體性能不如其它方式耦合到ADC的性能。本文討論了變壓器的輸入失衡對ADC性能造成的影響，并且提供了實現(xiàn)改進電路的實例。
　　關于變壓器
　　許多制造商提供的多種多樣的型號給變壓器選擇造成混亂。規(guī)定性能的供應商所采用的不同方法將問題復雜化；它們通常在選擇和定義他們規(guī)定的參數(shù)方面都不相同。
　　當選擇一個驅(qū)動具體ADC的變壓器時應該考慮的幾個關鍵參數(shù)是插入損耗、回波損耗、幅度失衡和相位失衡。其中插入損耗表征變壓器的帶寬能力?；夭〒p耗用于允許用戶設計匹配變壓器在某個特定頻率或頻段響應的終端——特別在使用匝數(shù)比大于1的變壓器時尤為重要。這里我們集中考慮幅度失衡和相位失衡，以及它們?nèi)绾斡绊憣拵弥蠥DC的性能。
　　理論分析
　　即使達到某種寬帶額定值，變壓器單端輸入的原級和差分輸出的次級之間的耦合雖然是線性的，但是也會引入幅度失衡和相位失衡。當這些失衡的信號施加到ADC（或其它差分輸入器件）時，將加重轉(zhuǎn)換信號（或處理信號）的偶數(shù)次失真。雖然這些失衡在低頻段對高速ADC引起的附加失真通?？梢院雎裕窃陬l率大約達到100 MHz的高頻段變得尤為嚴重。首先讓我們考察一下差分輸入信號的幅度和相位失衡（特別是二次諧波失真）如何影響ADC的性能。
　　
　　圖1：使用變壓器耦合的ADC前端簡化框圖
　　假設變壓器的輸入是x（t）。它將被轉(zhuǎn)換為一對信號，x1（t）和x2（t）。如果x（t）是正弦信號，則差分輸出信號x1（t）和x2（t）形式如下：
　　x1（t）= k1 sin（ωt） （1）
　　x2（t）= k2 sin（ωt-180°+φ）= -k2 sin（ωt+φ）
　　ADC的仿真模型為一種對稱的三階傳遞函數(shù)：
　　h（t）=a0 +a1x（t）+a2x2 （t）+a3x3 （t） （2）
　　則
　　y（t）=h（x1（t））-h（x2（t）） （3）
　　y（t）=a1［x1（t）- x2（t）］+a2［x12（t）- x22（t）］+ a3［x13（t）- x23（t）］
　　理想情況——無失衡
　　當x1（t）和x2（t）處于理想情況下完全平衡時，它們具有相同的幅度（k1=k2=k），并且相位差嚴格地相差1800.即
　　x1（t）=ksin（ωt） （4）
　　x2（t）=-ksin（ωt）
　　y（t） = 2a1ksin（ωt）+ 2a3k3sin3（ωt） （5）
　　利用三角函數(shù)冪指數(shù)公式并且整理相同頻率項：
　　這是差分電路的常見的結果：可以消除理想信號的偶次諧波，而不能消除奇次諧波。