如何为高性能模拟－数字变换器设计变压器耦合型前端

如何为高性能模拟－数字变换器设计变压器耦合型前端
Rob Reeder and Salina Downing, Analog Devices
前言
采用高输入频率（IF）的高速模拟－数字变换器（ADC）的系统，其设计一直被证明是一项具有挑战性的任务。而变压器的采用则使得这一任务变得更为困难，因为变压器存在固有的非线性，这些非线性特性会造成性能难以达到标准。本文就高速分级比较（sub-ranging）ADC采用变压器耦合前端设计时应该注意的问题进行了分类说明。
设计参数
在设计前端时有若干重要的参数需要予以考虑。
输入阻抗是设计的特性阻抗。在大多数情况下它的量值为50Ω，但是某些设计也会要求采用其他阻抗值。变压器本质上是跨阻抗器件，因为在有必要时，它们也可以实现特性阻抗不同的电路间的耦合，从而让总的系统负载得到充分的平衡。
带宽是指系统所使用的频率的范围。这宽度可窄可宽，分布在基带上（第一Nyquist 频率），或者覆盖多个Nyquist 区。
输入驱动电平是带宽参数的函数，设定了特定应用所需要的系统增益。驱动电平在很大程度上取决于所采用的前端元件，如滤波器和变压器，这方面的要求有可能成为最难达到的参数之一。
电压驻波比（VSWR）则量度所关心的带宽上被反射到负载中的功率大小。该参数设定了用于实现ADC的满度输入时所需要的输入驱动电平。
通带平坦度是在规定的带宽内性能发生波动的大小。这可能是由于纹波的影响或者一个简单的低通滤波器的很缓慢的滚降特性所造成的。通带平坦度往往小于或者等于1dB，对于总系统的设定来说很关键。
信噪比（SNR）是变换器所看到的信号与其自身噪声间的相对关系。在前端中，SNR可能会由于带宽、信号品质（抖动）和增益方面的原因而变差。请记住，当信号被放大时，噪声分量也会同时被放大。
无寄生动态范围（Spurious Free Dynamic Range，SFDR）是满量度rms值与峰值寄生频谱分量的rms值之比。这主要是由于前端的两个特性所造成的，第一种特性是变压器的线性度，或者平衡品质，后者与二次谐波失真有关；第二种特性是增益和输入间的匹配关系。随着所需要的增益量的提升，匹配变得越来越困难，而非线性的变压器的寄生分量（通常可被视为一种3次谐波）却会上升。