使用全差動放大器 (FDA) 的主動類比轉數位 (ADC) 前端可提供眾多優勢，例如更優異的阻抗匹配、通帶平坦度和訊號增益。然而，若各位的下一個設計只需要使用部分的 ADC 頻帶，則可能需在 FDA 輸出與 ADC 輸入之間使用抗混疊濾波器 (AAF)。AAF 將在您的頻帶要求範圍內產生更理想的訊號雜訊 (SNR) 性能，以及更低的雜散或無雜散動態範圍 (SFDR)。

針對任何類型的 AAF 濾波器結構，您將在實作過程中考量幾項取捨：濾波器順序與拓撲結構，或您是否需要反向終端或串聯電阻來增強 FDA 與 ADC 之間的介面。在本白皮書中，我將討論這些 AAF 細微差異，以及如何規避您在下一個設計中可能遇到的任何難題。

假設您已決定適合應用項目的正確 FDA，以及是否使用低通或帶通濾波器在 ADC 前達到最佳性能 (頻寬、SNR 和 SFDR)，請遵循以下三個步驟操作：

1. 瞭解放大器的特性負載阻抗 (RL)。爲了使放大器發揮最佳性能，放大器應「查看」產品規格表中列出的正確 DC 負載或 RL，以獲得最佳性能。此為通常出現在規格表上方的特性阻抗。
2. 判斷使用最接近放大器輸出的正確輸出串聯電阻量起點。這有助於避免在通帶中產生不必要的峰值。您通常也會在以下的 FDA 產品規格表中找到此資訊：LMH5401 8-GHz、低雜訊、低功率、全差動放大器產品規格表。
3. 判斷是否使用一或多個外部並聯電阻器反向終端 ADC 的輸入，以及輸入串聯電阻的起始值，以隔離 ADC 與濾波器。這些串聯電阻器也有助於減少通帶中不必要的峰值，以及無緩衝 ADC 中常見的「回衝」。

圖 1 說明規格表的範例。

圖 2 中所示的通用電路以及 表 1 中的濾波器參數清單，適用於大部分的高速差動 FDA 與 ADC 介面；您可同時使用兩者作為 AAF 設計的基礎。

雖然並非每個濾波器構造皆完全相同，但 圖 2 可以作爲展開設計的藍圖。使用此設計方式會善用大多數高速 ADC 的相對高輸入阻抗，以及驅動來源 (FDA) 的相對低輸出阻抗，將濾波器插入損耗降至最低。

基本的 AAF 設計程序與準則如下：

1. 正確設定外部 ADC 終端電阻 (R_TADC)。這有助於 AAF 在所需的頻率響應中實現「真實」阻抗。
2. 根據經驗或 ADC 產品規格書建議選取 R_KB；此值一般介於 5Ω 與 50Ω 之間。
3. 使用 方程式 1 計算濾波器負載阻抗，讓 R_TADC、R_KB 和 R_ADC 的彙總並聯與串聯組合值介於 100Ω 與 400Ω 之間。請參閱上一節中提出的建議。
   方程式 1. Z_AAFL - R_TADC || (R_ADC + 2R_KB)
4. 選取放大器外部串聯電阻器 (R_A)。此值通常介於 5Ω 與 50Ω 之間。R_A 有助於抑制放大器輸出響應，並減少通帶中不必要的峰值。
5. 使用計算出的 Z_AAFL，讓放大器顯示的總負載 (Z_AL) 為特定所選差動放大器的最佳化值。請參閱上述「AAF 設計方法」一節中的步驟 1，並使用 方程式 2：
   方程式 2. Z_AL = 2R_A + Z_AAFL

   切記，ZAL 是 FDA 的特性 _RL；因此，使用過高或過低的值可能會對放大器線性產生不利影響。

6. 使用 方程式 3 計算濾波器來源電阻：
   方程式 3. Z_AAFS = Z_O + 2R_A
7. 使用濾波器設計方案，運用相同的來源與負載阻抗 (可能的話請使用 Z_AAFS 和 Z_AAFL) 來設計濾波器。這有助於減少濾波器的損耗量。若輸入/輸出阻抗有任何不相符情形，皆會導致損失 10*log(輸入 Z/輸出 Z)。例如，假設輸入阻抗爲 50Ω，而輸出阻抗爲 200Ω，則濾波器會損失 –6.0dB 或 10*log(50/200)。此外，若使用高於應用所需頻寬約 10% 以上的頻寬，可確保涵蓋每個應用項目的預期頻寬，並協助克服在濾波器實作程序期間未實現的所有二階與三階寄生損失。

   執行幾個初步模擬後，請快速檢閱電路以瞭解下列項目：

8. C_{AAF2 & 3} 的值應相對於 C_ADC 而言足夠大，以將濾波器對 C_ADC 變異的靈敏度降至最低。
9. Z_AAFL 與 Z_AAFS 的比率不應超過 6 比 7，以讓濾波器處於大多數濾波器選表格和設計方案的限制範圍內。其在理想狀況下應相同以將損失降至最低，但這通常不可能做到。
10. 盡可能在數皮法拉範圍內使用 C_AAF2 值，以將對寄生電容和元件變化的靈敏度降到最低。
11. 電感器 L_AAF1 和 L_AAF2 應爲合理值，且應處於毫微亨範圍內。
12. C_AFF2 與 L_AAF2 的值應爲合理值；選取這兩個參數以最佳化濾波器的中心頻率。電路模擬器有時會使這些值過低或過高。若要讓這些值更為合理，只需使用更理想的標準值元件維持相同共振頻率，將這些值比例化計算即可。
13. 在 GHz 範圍內進行設計時請盡量使用 0201 封裝樣式，以將可能干擾濾波器字元形狀或輪廓的二階和三階寄生效應降到最低。

在某些情況下，濾波器設計方案可能會提供多個獨特的解決方案，特別是針對高階濾波器。一律選擇使用最合理組件值集的解決方案。針對以分流電容器收尾的濾波器配置，也需考量 ADC 的內部輸入電容。您可能需要反覆多次作業，方可正確設定濾波器極與終極頻寬。

此介面電路中的參數皆為互動式；因此在不作出略微取捨的情況下，幾乎無法針對主要規格 (頻寬、頻寬平坦度、SNR、SFDR 和增益) 最佳化電路。然而，您可以透過改變 R_A、R_KB 或兩者來最小化頻寬峰值 (通常發生在頻寬響應的尾端)；這些皆可能會對 AAF 頻寬性能產生淨正或淨負影響。

請留意在 圖 3 中，當 FDA 輸出串聯電阻 (R_A) 的值發生變化時，通帶峰值會如何受到增強或展平 (藍色虛線曲線)。當此電阻值降低時，訊號峰值就會增加，而放大器可驅動較少訊號以填補 ADC 的全刻度輸入範圍，代價是 AAF 頻率響應邊緣附近的通帶平坦度響應。

R_A 的值也可能會影響 SNR 性能。較小的值在增強頻寬峰值的同時，往往會因頻寬增加與非必要的雜訊而降低 SNR。

此外亦務必選取 ADC 輸入上的 R_KB 串聯電阻，以將 ADC 內部取樣電容器任何殘餘電荷注入所造成的失真降至最低。不過，增加此電阻也往往有助於增強或降低頻寬峰值，視濾波器拓撲結構而定。

針對 AAF 的滾降頻率最佳化時，小幅度變化 C_AAF2 可讓您為應用項目最佳化頻率涵蓋範圍。

通常而言，R_TADC 會決定 ADC 輸入終端電阻器的值，使淨 ADC 輸入阻抗看起來近似大部分放大器特性負載 (R_L) 的一般值。選取擇過高或過低的 R_TADC 值，可能會對放大器線性產生不利影響，而其會反映在整體 SFDR 訊號鏈系列中。