为什么模拟输入的相位平衡对于高速转换器设计如此重要?

问题:

为什么模拟输入的相位平衡对于高速转换器设计如此重要?

RAQ:  Issue 72

答案:

模拟输入的相位平衡对于整个信号链至关重要,因为如果没有适当的平衡,二次谐波和偶次阶失真就会增大。而造成模拟输入相位不平衡的原因通常是设计过程中忽略了元件容差或PCB布局的对称性要求。

当模数转换器采样的两个差分模拟输入信号不是恰好180°反相时,就会发生相位不平衡现象。最简单的情形,可以认为这两个信号是两个正弦波。当这两个正弦波离开“理想”相位时,就会产生失真。失真随着系统频率升高而增大,偶次阶失真性能下降得更快。

一般在100 MHz至150 MHz左右的频率(采用标准铁氧体),利用变压器或巴伦将信号耦合到转换器的模拟输入端时,会引起无源不平衡。使用两个变压器或巴伦可以减小耦合差异,改善相位平衡。遗憾的是,变压器体积庞大而且昂贵,使用两个变压器会增加电路板空间需求和系统成本。另一个解决方案是使用更好的变压器。

利用放大器驱动转换器的模拟输入端时,会引起有源不平衡,它一般发生于元件容差不够时。为将beta变化降至最小,应使用容差为1%或更佳的电阻来设置增益。不匹配会导致求和节点上的电压略有不同,放大器的差分输出产生误差,从而引起二阶失真。

信号链中的走线不对称会引起布局不平衡,设计不当的布局会使系统性能大打折扣。如果转换器差分输入引脚的连接不对称,可能会引起二阶失真增大,这在低频时可能不明显,但当频率高于100 MHz时,非线性误差就会显现出来。因此,千万不要轻易抛弃您通过辛苦工作所获得的成果,应指导CAD工程师保持前端设计对称且精确平衡。

相位的不匹配会引起ADC不平衡。转换器能够承受一定程度的相位不匹配,但保持4°或更低的不匹配时,性能最佳。转换器具有一定的内部不平衡,设计师应努力确保IC内部精确平衡。

作者

Rob Reeder

Rob Reeder

Rob Reeder是ADI公司高速转换器和RF应用部(美国北卡罗来纳州格林斯博罗)的高级系统应用工程师。他发表了大量有关各种应用的转换器接口、转换器测试和模拟信号链设计的文章。Rob曾在航空航天和防务部担任应用工程师5年之久,专注于雷达、EW和仪器仪表等各种应用领域。他曾在高速转换器产品线上任职9年。在此之前,Rob还从事过测试开发和模拟设计工作(效力于ADI多芯片产品集团),拥有5年的太空、防务和高度可靠的应用模拟信号链模块设计经验。Rob于1996年和1998年分别获得北伊利诺斯州大学(伊利诺斯迪卡尔布市)的电子工程学士(BSEE)学位和电子工程硕士(MSEE)学位。Rob晚上不写论文或在实验室研究电路时,他喜欢在健身房活动、听电子音乐、用旧木板制作家具;最重要的是和他的两个孩子一起放松自己。