本文指導(dǎo)用戶如何選擇合適的變壓器，通常用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）之前的信號(hào)調(diào)理電路。本文還介紹了如何選擇無源元件，以便在很寬的輸入頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)增益平坦度，同時(shí)又不犧牲這些ADC的動(dòng)態(tài)性能。最后，本文介紹了變壓器初級(jí)端和次級(jí)端之間的差異，并詳細(xì)介紹了它們對專為中高頻應(yīng)用設(shè)計(jì)的高速ADC的增益平坦度和動(dòng)態(tài)范圍的影響。

這里討論的電路將通常來自緩沖解調(diào)器電路的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，然后饋送到高中頻ADC。這些電路使用寬帶變壓器、終端電阻和濾波電容來完成此任務(wù)。還討論了變壓器的最佳端接方案，以保持高速ADC的高動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)最大限度地降低增益峰值和帶寬降低的影響。

采用200MHz變壓器的單端至差分轉(zhuǎn)換

選擇MAX1449演示和分析兩種潛在的輸入配置。圖1顯示了使用寬帶變壓器的典型交流耦合單端至差分轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，例如微型電路的T1-1T-KK81 （200MHz），它具有50Ω初級(jí)端接和25Ω/22pF濾波器網(wǎng)絡(luò)。在這種配置中，來自50Ω阻抗源的單端信號(hào)通過變壓器轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。初級(jí)側(cè)端接至50Ω，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)源和變壓器之間的出色匹配。然而，這也意味著變壓器的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間存在不匹配。初級(jí)側(cè)考慮25Ω的組合阻抗，而次級(jí)側(cè)則與20pF分流的ADC的22kΩ輸入電阻發(fā)生較大的阻抗失配。這會(huì)影響輸入網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，最終影響轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)。變壓器的標(biāo)稱漏感范圍為25nH至100nH。結(jié)合一個(gè)22pF的輸入濾波電容，會(huì)產(chǎn)生令人不安的諧振頻率?

發(fā)生在110MHz和215MHz之間，導(dǎo)致該頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)不希望的增益峰值。

圖1.來自50Ω阻抗源的單端信號(hào)通過200MHz變壓器轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。

采用800MHz變壓器的單端至差分轉(zhuǎn)換

圖2描述了類似的交流耦合配置。但是，該電路采用性能更好的寬帶變壓器設(shè)計(jì)，例如Mini-Circuits的ADT1-1WT （800MHz），其中包括一個(gè)初級(jí)端端接和一個(gè)25Ω/10pF濾波器網(wǎng)絡(luò)。雖然該變壓器的阻抗為75Ω，但其較低的漏感在高達(dá)1MHz時(shí)產(chǎn)生明顯更好的頻率響應(yīng)，為-400dB，而T50-1T-KK1僅為81MHz。

圖2.與圖1類似，單端信號(hào)被轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。但是，此實(shí)例通過 800MHz 變壓器發(fā)生，從而提供更好的性能。

變壓器 - 200MHz 與 800MHz

圖3顯示了端接方案和所選濾波器網(wǎng)絡(luò)組件和變壓器的結(jié)果。在兩個(gè)圖形圖之間可以觀察到顯著的改進(jìn)。T1-1T-KK81變壓器的輸入帶寬圖清楚地顯示，在0MHz和5MHz之間，增益峰值約為90.110dB，而ADT1-1WT變壓器的峰值在高達(dá)0MHz的頻率下保持在1.300dB以內(nèi)的平坦。這種條件下的動(dòng)態(tài)性能（ADT1-1WT變壓器、50Ω初級(jí)端端接以及INP和INN上的10pF輸入濾波電容）仍能產(chǎn)生58.4dB的出色SNR。在= 50兆赫。雖然圖3僅顯示了80MHz和260MHz的測試輸入頻率（僅限ADT1-1WT），但實(shí)驗(yàn)室測試證明，增益在0.1dB以內(nèi)保持平坦，輸入頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過第8奈奎斯特區(qū)域。

圖3.該圖說明了使用800MHz變壓器與200MHz變壓器相比增益平坦度的顯著改善。

匹配變壓器的次級(jí)側(cè)阻抗有助于進(jìn)一步提高增益平坦度。實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是使用次級(jí)端端接，而不是初級(jí)端端接。

特別是對于高中頻應(yīng)用，端接阻抗的位置非常重要。根據(jù)對增益平坦度和動(dòng)態(tài)性能的要求，交流耦合輸入信號(hào)可以在變壓器的任一側(cè)端接。寬帶變壓器是常用的組件，支持在寬頻率范圍內(nèi)快速輕松地將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。

初級(jí)端接

選擇MAX1124（10位，250Msps）來演示不同的端接方案及其對ADC增益帶寬和動(dòng)態(tài)性能的影響。從初級(jí)側(cè)端接配置（圖 4a）開始，施加一個(gè) 50Ω 阻抗源信號(hào)，這意味著在變壓器的頂部/底部和中心抽頭之間放置兩個(gè) 25Ω 電阻（圖 5a）。隨后是用于交流耦合的0.1μF電容和一個(gè)輸入濾波器網(wǎng)絡(luò)（15Ω串聯(lián)電阻和ADC的輸入阻抗），現(xiàn)在向轉(zhuǎn)換器施加一個(gè)平衡良好的次級(jí)側(cè)信號(hào)。與圖4a中的配置一樣，INP和INN上沒有安裝額外的輸入濾波電容。通過這種配置，可以完全消除450MHz至550MHz范圍內(nèi)的頻率峰值。如果需要，可以將15Ω隔離電阻更換為30Ω電阻，從而增加更多的直流衰減。雖然這種方法使頻率響應(yīng)更平滑，但它會(huì)導(dǎo)致頻率帶寬損失（圖 5b）。

圖4.在這種初級(jí)側(cè)端接配置（圖 4a）中，變壓器的初級(jí)側(cè)平衡良好，被次級(jí)側(cè)的不平衡所抵消，從而產(chǎn)生 450MHz 和 550MHz 之間的最大頻率峰值（圖 4b）。

圖5.轉(zhuǎn)換器施加一個(gè)均衡的次級(jí)側(cè)信號(hào)（圖 5a），完全消除了 450MHz 至 550MHz 范圍內(nèi)的頻率峰值。可以增加直流衰減，使頻率響應(yīng)更平滑，但這會(huì)導(dǎo)致頻率帶寬損失（圖 5b）。

結(jié)論

本文表明，不僅正確選擇無源元件在設(shè)計(jì)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸入網(wǎng)絡(luò)時(shí)起著重要作用，而且正確使用這些元件也很重要。例如，如果增益平坦度是系統(tǒng)中的一個(gè)重要因素，則必須注意避免轉(zhuǎn)換器差分輸入端的不平衡和諧振，以確保可以復(fù)制其真正的動(dòng)態(tài)性能。兩種配置均不使用輸入濾波電容，這可能會(huì)引起人們對INP和INN額外噪聲拾取的影響的擔(dān)憂。對此的簡要分析表明，信噪比（SNR）在0.2dB至0.5dB之間下降。只要需要寬帶寬和寬頻率范圍內(nèi)的穩(wěn)定性（增益平坦度）以及高動(dòng)態(tài)性能，大多數(shù)高中頻應(yīng)用都會(huì)接受10位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器噪聲性能的這種相當(dāng)小的下降。

審核編輯：郭婷