本文還將比較各種主動接收機前端設計方法,包括低噪聲放大器、全微分放大器和經(jīng)典的被動寬帶巴倫。
交流業(yè)績權衡比較
當將巴倫、LNA和FDAS與單端差(S2d)放大器相比較時?TRF1208 ,在設計寬帶、高性能的模擬數(shù)字轉換器(ADC)接口時,檢查所涉及的度量是很重要的。以下五個指標,如果事先考慮,可以幫助保持設計的重點和在軌道上:
· 輸入阻抗或電壓駐波比(VSWR)是一個無單位參數(shù),它顯示有多少功率通過感興趣的帶寬被反射到負載中。網(wǎng)絡的輸入阻抗是負載的指定值,通常是50歐.
· 帶寬僅僅是系統(tǒng)中使用的開始和結束頻率,通常是從某個參考點開始的3db。
· 通帶平坦度通常被定義為特定帶寬范圍內可容許的波動或波幅:1.0分貝或 + 例如5分貝。這些水平可以或多或少地用斜率來定義.
· 在交流性能方面,單色調、信噪比和偽自由動態(tài)范圍物質在雙色調環(huán)境下是重要的。
· 輸入驅動水平是帶寬、輸入阻抗和VSWR規(guī)范的函數(shù)。這個級別設置轉換器上的全輸入信號所需的增益或幅值。它高度依賴于前端元件--巴倫、放大器和抗走樣濾波器,是最難實現(xiàn)的參數(shù)之一。
要清楚的是,這些指標封裝了整個前端接口設計,而不僅僅是ADC。首先考慮這些指標可以幫助你決定是主動的還是被動的。
從本質上講,您只需要執(zhí)行由前端帶寬、輸入驅動器和交流性能組成的頻率掃描,以快速評估整個前端設計中的差異。
讓我們看看五種不同的前端設計來比較這些度量權衡。 圖1 .
圖1 五個前端包括僅基于巴倫的設計,一個LNA,一個巴倫加一個FDA,一個單一的FDA,以及TRF1208。
下一個, 圖2 顯示最多10千兆赫頻率的輸入帶寬和輸入驅動級權衡。每個設計的前端帶寬給出了-3db帶寬和輸入驅動器水平達到--在1.4千兆赫的6個DbFF的指示。例如,查看Trf1208,它只需要一個-16dbm的輸入信號達到-6個dbff的ADC的全面值。相反地,大約需要+1DBM來達到相同的水平使用寬帶巴倫。兩者之間,這是17dbm信號強度的差異。巴倫和寬帶接口網(wǎng)絡造成損耗,從而推高了整個信號鏈的噪聲數(shù)字。底線是巴倫造成損失,這也是LNA和FDA前端設計,其中包括一個巴倫用于S2d信號轉換。
圖2 下面是五個前端設計中的頻率響應。
圖2說明了從大約直流到8千兆赫的通帶平坦度。盡管所有的前端設計都能達到8千兆赫,但每個設計都有各種各樣的高峰和低谷需要應對。公平地說,可以根據(jù)輸入網(wǎng)絡價值的變化和設計最終要求來推動這些高峰和低谷。
巴倫有損失,因此寬帶巴倫接口將需要更高的信號驅動強度,與+1dbm的信號水平在巴倫的主要,以實現(xiàn)-6dbff的ADC輸出。由于所有其他的比較都使用一個有源放大器設備--所有這些設備都有固有的不同增益--所需的輸入驅動器水平將會少得多:從-5到-16。您可以進行進一步的分析和前端工作,以"平衡"收益和輸入網(wǎng)絡損失。與此同時,這些信息確實給了你一些在深入了解交流性能之前的期望。
國家最低標準和國家最低標準排名
在同一帶寬上進行頻率掃描,捕捉到了信噪比、sfdr和imd3的性能。這些都是典型的標準測試,用于在設計高速轉換器時進行比較權衡。
圖3 顯示了不同配置之間的信噪比權衡。
圖3 五個前端設計顯示了信噪比值。
看到紫色曲線作為基線性能,您可以看到,寬帶巴倫接口提供最好的信噪比性能的轉換器的整個帶寬。表示LNA方法的綠色曲線是第二個,因為這些類型的有源設備通常具有非常低的噪聲數(shù)字,加上大約1分貝到2分貝的附加噪聲。FDA排在第三位,因為它比LNA有更多的寬帶噪聲,但少于trf1208。在單端輸入配置中使用FDA時,共有模式的噪聲消除存在一個小問題,因為它對輸入的固有設計預期會有完全的差異信號。使用這種類型的配置將略微影響信噪比。
Trf1208是最后一個進入的,但是,它有更多的輸出噪音,因為它比FDA有更高的收益。請記住,一個更高的主動增益將有一種傾向,獲得設備自己產(chǎn)生的噪音。例如,對于2千兆赫模擬輸入信號,trf1208的增益等于16分貝,噪音數(shù)字等于8分貝,輸出噪音為150.7分貝/赫茲。FDA的增益等于10分貝(S2d),噪音數(shù)字等于11分貝(在-163.3分貝/赫茲時),輸出噪音產(chǎn)生-153.3分貝/赫茲。
所有的設計都被配置為盡可能大的帶寬,如圖2所示。在任何主動設計中,通過在放大器輸出和ADC輸入之間使用抗干擾濾波器減少帶寬,將有助于減少感興趣的波段之外的寬帶噪聲。它還將有助于減少轉換器所看到的噪音,從而將信噪比推向基線性能,如圖1所示(WBALAN+5200rfADC)。
圖4 展示了從線性角度出發(fā)的SFDR動態(tài)范圍,不同前端配置之間的10GGZ頻率掃描。SFDR是一種單音調測量,它為在感興趣頻率范圍內的任何限制諧波--第二次諧波,第三次諧波,第四次諧波--提供了一個很好的視角。
圖4 SFDR值顯示為5個前端設計。
再次看到紫色曲線作為基線性能,你可以看到,在轉換器的整個帶寬上,寬帶巴倫接口將產(chǎn)生最好的sfdrr。表示LNA的綠色曲線顯示了非常退化的性能,特別是在最高5千兆赫的較低波段,因為考慮到LNA的單端性質,偶序失真(hd2)將始終占主導地位。hd2最終會從ADC的帶寬中消失。
當使用差速器前端方法時,FDA在0.5-3.5Gz區(qū)域似乎有一些第三級控制。當使用單端方法時,在0.5-5GZ范圍內更明顯地出現(xiàn)更均勻的退化優(yōu)勢。
TRF1208一直與無源基線前端保持一致,這說明了為什么這個放大器在需要有源設備的寬帶前端是一個更好的選擇。
雙色調測量
另一種常見的轉換器測試度量,雙音測量產(chǎn)生IMD3結果或三階互調失真,并快速模擬實際系統(tǒng)應用信號。簡單地說,雙音測量可以同時對注入前端接口的兩個信號進行積極評估。這兩個信號通常相互偏移10兆赫,并被驅動到同一水平,或-7分貝。 圖5 顯示IMD3+(2×F1+F2或2×F2+F1)的結果。雖然被捕捉到,這個數(shù)字不包括IMD3-(2×f1-F2或2×F2-F1),以方便清晰地說明性能差異。
圖5 這就是IMD3+在五個前端設計中的樣子。
紫色曲線再次說明基線性能,您可以看到,寬帶巴倫接口將產(chǎn)生最好的IMD3性能可能在轉換器的整個帶寬。綠色曲線,代表LNA,顯示了相對于寬帶巴倫界面退化的性能。代表FDA接口的藍色和黑色曲線在性能上以及相對于基線的性能上都降低了,最高可達5千兆赫。TRF1208在整個頻率掃描中與被動基線前端保持一致。再次,它表明了為什么這個放大器是一個更好的選擇,在寬帶前端需求。
此外,被評估的FDA有兩個電源,一個負電源,消耗巨大的1.8瓦電源,以保持噪音低。這是一個經(jīng)典的方法,可以降低噪音,增加放大器的空間,在設計上投入更多的功率。LNA耗電最少,只有0.275瓦,只有一個5V電源。TRF1208只需一個5V的供應,只需消耗0.675瓦。
本文的目的是為ADC模擬前端接口設計的陷阱提供快速啟動指南,以及一些有用的和熟悉的設計比較和介紹新的TRF1208微分放大器。在任何新的寬帶前端設計中,建議對度量權衡進行評估,并事先仔細規(guī)劃。注意相位不平衡,因為如果在應用程序的頻率計劃中存在甚至順序扭曲,它會造成嚴重破壞?？紤]到巴隆和放大器的特點及其優(yōu)缺點,重要的是要回顧權衡和明智的選擇。
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