DN366: 低失真、低噪声差分放大器驱动高要求通信收发器中的高速ADC
引言
与过去相比，当今的通信收发器工作频率要高得多，带宽也宽得多。再加上更高的分辨率要求，收发器设计变 得非常有挑战性。在设计这些系统时，工程师面临极低的噪声与失真预算，导致系统元件的选择余地极为有限。
LT1993-x 旨在满足通信收发器应用的苛刻要求。它既可用作差分ADC驱动器，也可用作通用差分增益模块。对于单端系统，LT1993-x可以替代变压器执行单端到差分转换，而不会影响噪声或失真性能。
LT1993-x 特性
LT1993-x 是一款全差分输入和输出放大器，具有高达7GHz的增益带宽积和优异的特性组合。它内置匹配电阻，提供三种固定增益选项：增益2 (6dB)、增益4 (12dB)和增益10 (20dB)。LT1993-x采用直流耦合，因此输入端和输出端无需隔直电容。输出共模电压由外部引脚独立控制，支持为ADC输入提供最佳偏置条件。LT1993-x具有两组差分输出：正常输出和滤波输出。输出滤波器使得许多应用无需额外滤波，但如有必要，可利用几个外部元件实现额外的滤波。图1为LT1993-x的框图。
图1. LT1993-x 框图和增益选项之间的差异。 6dB 版本的输入阻抗为200Ω，其他两个版本的输入阻抗为100Ω。
高速ADC驱动
在现代通信收发器中，最具挑战性的任务之一是驱动模数转换器(ADC)。当今转换器的数据采样速率达数十至数百兆赫兹，分辨率最高可达16位。在每个采样周期，内部ADC采样保持电路的切换都会将电荷注入驱动器的输出端，驱动器必须吸收电荷，并在进行下一次采样之前使输出稳定下来。这种电荷注入是几乎所有高速、高分辨率ADC拓扑结构所固有的，在选择合适的驱动器时必须考虑到这一点。
LT1993-x 专门设计用于驱动高速 ADC以充分发挥其潜力。LT1993-x的电压噪声规格为3.8nV/√Hz ，在70MHz （2VP-P差分输出）下的谐波失真为-70dBc，满足并超过了驱动高分辨率高速ADC的要求。图2显示了LT1993-2驱动 LTC2249以80Msps速率进行采样时，对70MHz输入信号的采样数据的FFT。
图2. 使用LT1993-2和LTC2249 ADC以80Msps 速率进行采样所获取的FFT数据。 二次谐波为-74dBc，三次谐波为-70dBc。
WCDMA放大器和ADC驱动器
宽带CDMA收发器通常采用直接中频采样，这意味着ADC以70MHz中心频率和每通道5MHz带宽对信号进行采样。最多支持4个WCDMA信道在紧密相邻的频率区间内同步传输。这对收发器中元件的交调失真(IMD)和噪声性能提出了严格要求，因为这两者都会提高紧密相邻信道的本底噪声。LT1993-2拥有出色的-70dBc IMD和低噪声特性，可为WCDMA信号提供63dBc的邻道泄漏比(ACLR)。这一规格超过了大多数WCDMA制造商的ACLR要求。
图3显示LT1993-2驱动LTC2255 14位ADC，输入信号为70MHz、4通道WCDMA信号。LT1993-2的输出端是一个简单LC带通滤波器，用于增加额外的带外滤波。图4显示了从 LTC2255 获得的FFT数据，证明了与LT1993-2 配合使用可以实现良好的 ACLR。WCDMA 信号边沿的小畸变是高噪声信号发生器的伪像，其输出在到达LT1993-2 之前经过了带通滤波。
图3. LT1993-2 驱动LTC2255 ADC 以 96.12Msps 速率进行采样，输入信号为70MHz、4通道WCDMA信号。 简易LC输出网络提供带外滤波
图4. 从LTC2255 ADC的输出端获取的FFT数据。 LT1993-2 的低 IMD 确保了WCDMA信道的出色信噪比。
结语
LT1993-x 是一款灵活、节省成本、易于使用的差分放大器和ADC驱动器，可确保高速通信收发器应用实现理想性能。除了低噪声、低失真和高速度之外，LT1993-x还采用0.8mm高的3mm × 3mm QFN封装以节省空间。在大多数情况下，LT1993-x只需极少的支持电路便可运行，输出低通滤波已内置其中。三种不同的增益选项提高了系统设计的灵活性，并有助于降低较高噪声系统元件的增益要求。LT1993-x能够简化收发器设计，减少元件数量，缩短产品上市时间。
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