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浅谈有源匹配电路改善宽带全差分放大器的噪声性能

消耗积分:1 | 格式:rar | 大小:0.5 MB | 2017-11-16

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自从1999年首次面世以来,宽带全差分放大器(FDA)的单端至差分应用经常将一个接地电阻用作输入匹配电路的一部分,代价是更高的以输入为参考的噪声电压。如果可以去除那个电阻,输入阻抗匹配电路仅由进入求和点的路径确定,那么就有可能得到低得多的以输入为参考的噪声。当输入匹配电路可以通过一个大于1GHz的共模环路带宽保持在很高频率时,这是一个可行的方案。本文将介绍两种方法的设计公式,并比较以输入为参考的噪声对目标增益的影响。
  使用全差分放大器实现的单端至差分转换
  日益普及的全差分放大器(FDA)支持的更加有用的功能之一是将单端信号源转换为所有现代ADC输入要求的差分输出信号。这些设计可以是直流或交流耦合设计。当采用直流耦合时,需要留意输入共模范围,在这种情况下双极电源对许多FDA来说是很有用的。如果有更高速度要求,那么单电源更加常见,并且通常要求使用输入匹配电路来匹配某些源阻抗,以便限制反射和/或SFDR劣化。虽然单电源FDA可以提供直流耦合路径,但本文将介绍一种交流耦合方法,它能取消输入共模范围这一考虑因素。只要输入保持在一定范围内,这些相同结果也可以应用于直流耦合设计。图1显示了双重端接50Ω输入设计的典型交流耦合式实现。这种设计可以进一步改进为增益为5V/V的目标设计例子,这可以从使用499Ω反馈元件、并使用免费的Spice仿真器产生原理图开始(参考文献1)。
  浅谈有源匹配电路改善宽带全差分放大器的噪声性能
  图1:增益为5V/V(14dB)、输入阻抗为50Ω的交流耦合式单端至差分设计。
  对这类电路来说有几个常见的考虑因素——
  1. 反馈电路是相等的。
  2. 输入阻抗等于Rt和看向Rg1的阻抗的组合。
  3. 通过FDA内共模环路的作用,看向Rg1的阻抗将增加到超过Rg1的值(参考文献2)。这个环路的作用是使输出共模电压保持不变,进而导致输入共模电压随输入信号变化而改变,增加朝Rg1看的外在输入阻抗。
  4. 电阻Rg2用于取得差分平衡,等于Rg1 + Rt||Rs。
  5. 当Rg2设置好后,这个电路的噪声增益(NG)就等于1+Rf/Rg2。
  6. 由于输入路径上采用的是交流耦合,因此直流I/O工作电压默认为内部产生的Vcm参考电压(对这个3.3V单电源器件来说是1.2V)。这个Vcm控制了输出共模电压,但由于没有直流电流路径返回到输入端,Vcm也就确定了直流输入共模工作电压。

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