使用新型放大器的有源匹配功能实现超低噪声宽频带输入阻抗匹配（第1/2部分） 电阻器, 平衡, 放大器

520503

关键字：全差分放大器   有源匹配   反馈电阻器  虽然所有全差分放大器(FDA)都能将单端输入信号转换为差分输出，但迄今还没有一种表现出足够的性能，可在没有输入点附加电阻器接地时提供对>100MHz输入的良好输入阻抗匹配。如果能够消除电阻器接地，同时仍然提供极宽频带阻抗匹配，则可实现相当低的噪声。一款功耗仅115mW的新器件提供了这一特性组合，为“有源平衡-不平衡变压器”应用于AC耦合式应用提供了一个途径，可提供<7dB的噪声系数，输入回损>25dB直至>500MHz。本文使用一个20V/V(26dB)增益设计示例显示了实现单端转差分的一些选择。使用一个FDA的单端输入转差分输出典型方案FDA随着1999年推出AD8138而问世，此后演变成许多产品，涵盖带宽范围为100MHz~>4GHz的单电源+3.3V~±15V器件。这些器件有时被称为差分放大器，但此描述并不准确，因为“差分”放大器有许多类型。FDA其实可以描述成一个差分反相运放器加上一个共模电压控制环路组成，这个环路可以强制输出的差分信号达到ADC直流共模输入的要求，从而得到最好的性能。大多数FDA都采用电压反馈设计来获得最低输入噪声项，但也开发了若干电流反馈(CFA)版本(如LMH6554或ADA4927-1)，由于CFA拓扑固有的几乎无限的压摆率，这些版本可提供更高的满幅功率带宽。FDA的本意是提供一种容易的单端转差分实现，来支持差分输入的高速ADC(基本所有的高速ADC都是差分输入架构的)。当FDA被用作驱动高性能、极高SFDR ADC的最后一级时，对AC耦合式应用的主要担心变为来自仅ADC规格的SNR/SFDR退化。具体设计在某种程度上取决于ADC输入的期望频宽，以及输入滤波器可以达到的性能。对于使用Fs/2大部分的第一奈奎斯特(Nyquist)区应用，最困难的问题常常是偶次失真项，因为它们主要落在可忽略滤波后衰减的频带内。设计人员常常简单地使用一个高功率单端RF放大器后跟一个平衡-不平衡变压器来应对这个问题。虽然这可能有效，但还需要一个能降低静态功耗的解决方案来实现单端转差分信号。可供设计人员用来抑制偶次失真项的工具包括静态功耗、回路增益、负载，所有无源滤波器的插入损耗，以及差分运算。到目前为止，最有效的偶次失真抑制方案是使用一个输入平衡-不平衡变压器后跟基于电压反馈的差分工作FDA。这样得到一个几乎零功耗的单端转差分方案，同时这种平衡设计可以设计一个很微小的环路增益(参考文献1)。这里的一个示例设计使用一个极高宽带1:2匝数比升压变压器(平衡-不平衡变压器)后跟ISL55210(参考文献2)。