在不牺牲高中频ADC动态性能的情况下改善增益平坦度

本文指导用户如何选择合适的变压器，通常用于高速模数转换器（ADC）之前的信号调理电路。本文还介绍了如何选择无源元件，以便在很宽的输入频率范围内实现增益平坦度，同时又不牺牲这些ADC的动态性能。最后，本文介绍了变压器初级端和次级端之间的差异，并详细介绍了它们对专为中高频应用设计的高速ADC的增益平坦度和动态范围的影响。

这里讨论的电路将通常来自缓冲解调器电路的单端信号转换为差分信号，然后馈送到高中频ADC。这些电路使用宽带变压器、终端电阻和滤波电容来完成此任务。还讨论了变压器的最佳端接方案，以保持高速ADC的高动态范围，同时最大限度地降低增益峰值和带宽降低的影响。

采用200MHz变压器的单端至差分转换

选择MAX1449演示和分析两种潜在的输入配置。图1显示了使用宽带变压器的典型交流耦合单端至差分转换设计，例如微型电路的T1-1T-KK81 （200MHz），它具有50Ω初级端接和25Ω/22pF滤波器网络。在这种配置中，来自50Ω阻抗源的单端信号通过变压器转换为差分信号。初级侧端接至50Ω，可实现信号源和变压器之间的出色匹配。然而，这也意味着变压器的初级侧和次级侧之间存在不匹配。初级侧考虑25Ω的组合阻抗，而次级侧则与20pF分流的ADC的22kΩ输入电阻发生较大的阻抗失配。这会影响输入网络的频率响应，最终影响转换器的频率响应。变压器的标称漏感范围为25nH至100nH。结合一个22pF的输入滤波电容，会产生令人不安的谐振频率®

发生在110MHz和215MHz之间，导致该频率范围内出现不希望的增益峰值。

图1.来自50Ω阻抗源的单端信号通过200MHz变压器转换为差分信号。

采用800MHz变压器的单端至差分转换

图2描述了类似的交流耦合配置。但是，该电路采用性能更好的宽带变压器设计，例如Mini-Circuits的ADT1-1WT （800MHz），其中包括一个初级端端接和一个25Ω/10pF滤波器网络。虽然该变压器的阻抗为75Ω，但其较低的漏感在高达1MHz时产生明显更好的频率响应，为-400dB，而T50-1T-KK1仅为81MHz。

图2.与图1类似，单端信号被转换为差分信号。但是，此实例通过 800MHz 变压器发生，从而提供更好的性能。

变压器 - 200MHz 与 800MHz

图3显示了端接方案和所选滤波器网络组件和变压器的结果。在两个图形图之间可以观察到显着的改进。T1-1T-KK81变压器的输入带宽图清楚地显示，在0MHz和5MHz之间，增益峰值约为90.110dB，而ADT1-1WT变压器的峰值在高达0MHz的频率下保持在1.300dB以内的平坦。这种条件下的动态性能（ADT1-1WT变压器、50Ω初级端端接以及INP和INN上的10pF输入滤波电容）仍能产生58.4dB的出色SNR。在= 50兆赫。虽然图3仅显示了80MHz和260MHz的测试输入频率（仅限ADT1-1WT），但实验室测试证明，增益在0.1dB以内保持平坦，输入频率远远超过第8奈奎斯特区域。

图3.该图说明了使用800MHz变压器与200MHz变压器相比增益平坦度的显著改善。

匹配变压器的次级侧阻抗有助于进一步提高增益平坦度。实现此目的的一种方法是使用次级端端接，而不是初级端端接。

特别是对于高中频应用，端接阻抗的位置非常重要。根据对增益平坦度和动态性能的要求，交流耦合输入信号可以在变压器的任一侧端接。宽带变压器是常用的组件，支持在宽频率范围内快速轻松地将单端信号转换为差分信号。

初级端接

选择MAX1124（10位，250Msps）来演示不同的端接方案及其对ADC增益带宽和动态性能的影响。从初级侧端接配置（图 4a）开始，施加一个 50Ω 阻抗源信号，这意味着在变压器的顶部/底部和中心抽头之间放置两个 25Ω 电阻（图 5a）。随后是用于交流耦合的0.1μF电容和一个输入滤波器网络（15Ω串联电阻和ADC的输入阻抗），现在向转换器施加一个平衡良好的次级侧信号。与图4a中的配置一样，INP和INN上没有安装额外的输入滤波电容。通过这种配置，可以完全消除450MHz至550MHz范围内的频率峰值。如果需要，可以将15Ω隔离电阻更换为30Ω电阻，从而增加更多的直流衰减。虽然这种方法使频率响应更平滑，但它会导致频率带宽损失（图 5b）。

 

图4.在这种初级侧端接配置（图 4a）中，变压器的初级侧平衡良好，被次级侧的不平衡所抵消，从而产生 450MHz 和 550MHz 之间的最大频率峰值（图 4b）。

 

图5.转换器施加一个均衡的次级侧信号（图 5a），完全消除了 450MHz 至 550MHz 范围内的频率峰值。可以增加直流衰减，使频率响应更平滑，但这会导致频率带宽损失（图 5b）。

结论

本文表明，不仅正确选择无源元件在设计高速数据转换器的输入网络时起着重要作用，而且正确使用这些元件也很重要。例如，如果增益平坦度是系统中的一个重要因素，则必须注意避免转换器差分输入端的不平衡和谐振，以确保可以复制其真正的动态性能。两种配置均不使用输入滤波电容，这可能会引起人们对INP和INN额外噪声拾取的影响的担忧。对此的简要分析表明，信噪比（SNR）在0.2dB至0.5dB之间下降。只要需要宽带宽和宽频率范围内的稳定性（增益平坦度）以及高动态性能，大多数高中频应用都会接受10位数据转换器噪声性能的这种相当小的下降。

审核编辑：郭婷