八个知识问答：带你深入了解ADC驱动电路设计

平衡-不平衡变压器常用于将单端信号转换为差分信号，其可在不增加噪声的同时保持优良的失真指标。用于高速、差分输入模数转换器 （ADC） 的驱动器电路就是一个常见的例子。

你有没有考虑过采用差分放大器来替代 RF/IF 信号链路中的平衡-不平衡变压器呢？如果没有，那么你应该考虑一下。虽然它们并不适用于所有的应用，但是全差分放大器 （FDA） 提供了一些优于平衡-不平衡变压器的长处。

这里我们列出8个问题，通过回答这些问题可帮助你确定最适合你的设计的是平衡-不平衡变压器还是FDA。

1。你的应用需要 DC 去耦吗？

平衡-不平衡变压器始终只进行AC去耦。假如你的应用需要DC去耦，那么最佳的选择是采用支持DC去耦的FDA。

2。你的应用存在空间上的限制吗？

FDA是集成电路。因此，与平衡-不平衡变压器相比，FDA的设计、制造和封装其占板面积和高度要小得多。作为占板面积分析的一部分，你还应当考虑到这样一点：在某些场合中单个 FDA 能够完成两个大得多的采用背对背配置（以降低偶次谐波失真）的平衡-不平衡变压器所承担的任务。

3。你的信号路径在接收器中的这一级上需要功率增益吗？

平衡-不平衡变压器不能提供功率增益。而且，当提供电压增益时，它们在升压型电压配置（采用匝数比来产生电压增益）中受制于系统的阻抗。这就使得难以在使用所需的滤波器阻抗的同时获得期望的匝数比电压增益。事实上，平衡-不平衡变压器往往具有插入损耗。FDA 在阻抗变换中提供了真正的信号增益和灵活性。

4。ADC和/或滤波器需要缓冲吗？

平衡-不平衡变压器不能对来自电源的阻抗进行缓冲。在存在来自ADC输入采样/保持电路的回踢干扰能量、或者也许所选的滤波器即将引起负载难题的场合，这一点特别有意义。FDA提供了此类优势，从而使你能够灵活地针对所需的确切电压增益进行电路的配置，同时驱动所选的阻抗并缓冲来自电源的负载。

5。你是否关心放大器中的转换速率呢？

尽管平衡-不平衡变压器通常不会对转换速率施加很大的限制，但是差分放大器同样无须限制转换速率。LMH5401FDA能够支持大于17，500V/μs的转换速率和80 ps的上升时间。

6。你是否因为平衡-不平衡变压器是无源组件就认为它是适合你系统的最佳选择呢？

虽然平衡-不平衡变压器是无源组件且不消耗功率，但是由于位于ADC之前的下变频接收器和滤波器中的信号损耗、甚至是平衡-不平衡变压器自身中的损耗，导致在许多情况下都需要布设一个IF增益级。FDA将提供你所需要的IF增益，并有可能免除平衡-不平衡变压器。

7。FDA会增加噪声吗？

相比于平衡-不平衡变压器，使用FDA将增加信号路径的噪声，但是在很多场合中无论如何你都需要一个IF放大器。通常，RF LNA将设定噪声性能。

8。FDA会限制失真性能吗？

许多设计人员都偏爱使用平衡-不平衡变压器，因为他们认为其失真性能优于放大器。在非常高的频率下（＞＞1 GHz）这或许是正确的，但是诸如TI等放大器制造商则提供了在很多常用频率下（尤其是在DC至1GHz的频率范围内）拥有优于平衡-不平衡变压器的幅度平衡和失真指标的FDA。

比如，我们的LMH5401 FDA可在100MHz频率下提供＞60dBc的平衡误差，而在1 GHz频率下则接近50dBc。这提供了大约100dBc（在100 MHz）和大约60dBc（在1 GHz）的谐波失真。请参见图1，以了解有关幅度平衡误差的更多详情。

图 1：LMH5401 在执行单端至差分转换时的平衡误差

粗略地讲，LM5401和LM3401拥有驱动16位ADC（在高达约300 MHz）、14 位ADC（在高达约500 MHz）、12位ADC（在高达约1 GHz）、以及8位和10 位ADC（在高达2GHz）所必需的失真性能。

所以，总的说来，FDA可在单颗芯片内集成两种或三种功能―IF放大器及一个或两个平衡-不平衡变压器―同时改善IF放大性能并实现低功耗、较小的尺寸、较高的带宽和卓越的失真指标。这一点即使在单端至差分配置中也不例外。

图2显示出了一款采用“有源平衡-不平衡变压器”配置的典型应用电路，其由LMH5401 FDA 在一个GSPS ADC（比如：12 位、4 GSPS RF采样 ADC12J4000）之前提供增益、缓冲和单端至差分转换。

图2：显示有源平衡-不平衡变压器配置的LMH5401应用电路

下表给出了平衡-不平衡变压器和FDA的某些优缺点的快速参考。

平衡-不平衡变压器全差分放大器

尺寸大尺寸（大多数都大于 20 mm2）

高度（大多数都大于 3 mm）小尺寸（LMH3401 为 6.35 mm2）

高度（LMH3401 小于 0.6 mm）

DC 耦合不适用支持

频率响应具有大的插入损耗并随频率而变化极小的插入损耗，而且在整个频率范围内更加恒定

功率增益无功率增益

－ 阻抗匹配与电压 / 电流增益相关可提供功率增益

－ 阻抗匹配与增益无关

缓冲无缓冲

－ 滤波器受影响：负载与滤波器阻抗相互影响

－ 无反向隔离有缓冲

－ 滤波器阻抗灵活：可使负载免受滤波器的影响

－ 反向隔离：可隔离 ADC 输入级干扰

失真无失真规格

幅度平衡指标较差更好的失真规格

更好的幅度平衡

噪声噪声较小增加了噪声

温度范围有限的“规格指标与温度的关系”

在整个温度范围内增益变化很大确定的“规格指标与温度的关系”

在整个温度范围内增益变化很小

可靠性由于机械构造的原因（比如：飞行过程中的振动）而不太可靠由于采用单片式实现方案，因而具有高可靠性

模型设计模型极少通常提供 SPICE 和 ADS 模型

所以，当下一次你需要驱动一个高速、差分输入ADC时，务必考虑采用诸如LMH3401或LMH401等FDA。对于1 GHz以下的许多应用来说，FDA不仅将缩短你的物料清单，而且还可提供较宽的带宽支持、较小的尺寸、DC耦合及简化的设计。