DC 耦合 RF 取樣 ADC

RF 取樣 ADC 接受差動輸入，以拒斥共模雜訊和干擾，並改善二階失真。由於其具備高頻寬，系統設計師會使用變壓器式被動平衡不平衡轉換器，將單端 RF 訊號轉換為差動訊號，以驅動 RF 取樣 ADC。然而，根據其支援的頻寬而定，被動式平衡不平衡轉換器會從低頻側的數百 kHz 或數十 MHz 運作。因此，在測試與測量儀器中使用被動式平衡不平衡轉換器驅動 RF 取樣 ADC，會限制可數位化的最低頻率。

DC 耦合 TRF1305 RF FDA 以涵蓋 DC 至 6.5GHz 的可用大訊號頻寬，執行單端至差動轉換，同時也可提供增益。圖 1 顯示在 DC 耦合應用中驅動 RF 取樣 ADC 的 TRF1305 RF FDA。RF 取樣 ADC 的輸入共模範圍較窄，若在該共模範圍以外運作，ADC 的性能將會下降。單一或分離式彈性電源供應器，搭配輸出共模控制，可簡化將 TRF1305 的輸出共模匹配至 ADC 輸入共模的作業。這些功能讓此放大器能在高頻寬示波器、任意波形產生器和 RF 數位器等 DC 耦合 RF 測試和測量儀器中，發揮多樣功能。

圖 1 TRF1305 RF FDA DC 耦合至 RF 取樣 ADC

改善線性度

存在大型干擾訊號時，訊號鏈元件的非線性會影響偵測小訊號。二階非線性在窄頻系統中並不重要，因為產生的非線性會落在目標頻帶範圍外，通常會加以濾除。然而寬頻系統就不是如此。當輸入訊號頻寬涵蓋多個倍頻程時，訊號的二階非線性就會出現在頻帶中。例如，假設將 RF 取樣 ADC 搭配 0.5GHz 至 2GHz 的 RF 頻寬使用。0.5GHz 訊號的二階非線性會在 1GHz 時發生，也就是頻率的兩倍。然而，這種二階非線性低於前述最大頻率 2GHz，且由於無法濾除，所以必須將其降至最低。

RF 取樣 ADC 的設計可在其輸入由平衡差動訊號驅動時，將二階非線性降至最低。寬頻被動式平衡不平衡轉換器的差動輸出，可能具有不良增益和相位不平衡，導致訊號不平衡及 ADC 線性性能下降 [1]。用於在被動式平衡不平衡轉換器前放大訊號的 RF 增益區塊，由於採用單端運作，因此二階非線性較差。TRF1305 和 TRF1208 等 RF FDA 整合了回饋技術，有助於改善差動輸出的增益和相位不平衡。放大器的差動本質可將二階失真降至最低，並可強化整體系統的線性度，同時提供訊號放大功能。

保護 ADC 免於受損

在許多測試與測量系統以及航太與國防系統中，使用者輸入均為未知。位於這些系統核心的 RF ADC，對高功率位準和過驅動十分敏感。這些 ADC 大多也具備高性能，且通常是訊號鏈中最昂貴的元件之一。因此必須仔細設計訊號鏈，以確保前接的元件不會損壞 ADC。RF FDA 的設計可在將 RF 取樣 ADC 驅動至全刻度時，成為線性。

圖 2 顯示當連續波輸入為 4GHz，而造成 TRF1208 FDA 過載時的輸出飽和位準。TRF1208 的增益為 16dB，當饋入 FDA 的輸入功率約 2dBm 時，其輸出會飽和至 3.6Vpp。因此，在因輸出截波造成過載期間，使用 RF FDA 驅動 ADC 本質上就會限制功率。

圖 2 因連續波輸入為 4GHz 而過載時，TRF1208 FDA 的差動輸出會箝制在 3.6Vpp

如 圖 3 所示，在 FDA 和 ADC 之間設計衰減器墊，即可限制 ADC 針腳的電壓擺幅，進而保護 ADC 免於損壞，並簡化系統設計考量，同時提供更多設計彈性靈活性。

圖 3 過載時，RF FDA 的輸出會截波，限制饋入 ADC 的訊號功率

結論

RF 取樣 ADC 的進步與採用可減少元件數量及電路板尺寸，進而簡化 RF 測試與測量儀器的系統架構。針對 ADC 驅動應用量身打造的 TRF1305 等 RF FDA，可將來自 DC 的訊號透過單端至差動轉換至 6.5GHz 以上，進一步簡化系統架構。在接收訊號鏈中，將寬頻 RF FDA 搭配 RF 取樣 ADC 使用，即可強化系統性能，同時減少元件數量、電路板尺寸和系統成本。

其他資源

• 前往 TI.com 訂購 TRF1305EVM 並立即開始使用。
• 閱讀文章：「在發射訊號鏈設計中使用差動至單端 RF 放大器的優勢」。
• 透過應用說明進一步了解：TRF1208、TRF1108 主動式平衡不平衡轉換器介面與 Xilinx RFSoC 資料轉換器。
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參考資料

1. Rob Reeder。「A close look at active vs. passive RF converter front ends」。Planet Analog，2022 年 1 月 26 日。

如同在 Electronic Design 所發表內容。

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