圖 2-2 展示了五種不同前端在高達(dá) 10GHz 頻率下的輸入帶寬和輸入驅(qū)動(dòng)電平權(quán)衡曲線。每種設(shè)計(jì)的前端帶寬對(duì)于 -3dB 帶寬及在 1.4Ghz 達(dá)到 -6dBFS 所需的輸入驅(qū)動(dòng)電平具有指導(dǎo)意義。以 TRF1208 設(shè)計(jì)為例，僅需 –16dBm 輸入信號(hào)即可使 ADC 滿量程值達(dá)到 –6dBFS。而 WB 平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器需要約 1dBm 才能達(dá)到相同的電平。兩者之間存在需要前一級(jí)提供的 17dBm 信號(hào)強(qiáng)度差。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和寬帶接口網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生損耗，從而增大整個(gè)信號(hào)鏈的噪聲系數(shù)。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器會(huì)產(chǎn)生損耗，LNA 和 FDA 前端設(shè)計(jì)中包含單端轉(zhuǎn)差分信號(hào)的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器同樣會(huì)產(chǎn)生損耗。

圖 2-2 五種前端設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng)對(duì)比

如前所述，平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器具有損耗，因此寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口需要最高的信號(hào)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，這要求平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器初級(jí)端有 +1dBm 的信號(hào)電平才能使 ADC 輸出達(dá)到 –6dBFS。所有其他比較都使用有源放大器器件(均具有固有增益)，因此所需的輸入驅(qū)動(dòng)電平非常低：在 –5dBm 至 –16dBm 之間?？梢詫?duì)每個(gè)前端網(wǎng)絡(luò)工作進(jìn)行進(jìn)一步分析，以均衡增益和輸入網(wǎng)絡(luò)損耗。但這些信息已為深入評(píng)估 AC 性能提供了預(yù)判依據(jù)。

通過(guò)相同帶寬的頻率掃描，我們捕獲和對(duì)比了 SNR、SFDR 和 IMD3 這三項(xiàng)交流性能。這三項(xiàng)測(cè)試是設(shè)計(jì)高速轉(zhuǎn)換器時(shí)用于比較權(quán)衡的典型標(biāo)準(zhǔn)。

圖 2-3 顯示了各種配置在 SNR 方面的權(quán)衡。

圖 2-3 五種前端設(shè)計(jì)的 SNR 比較

紫色曲線為基線性能，可以看出寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口在轉(zhuǎn)換器的整個(gè)帶寬內(nèi)提供最佳的 SNR 性能。綠色曲線代表 LNA 方法，位居第二，因?yàn)檫@類(lèi)有源器件通常具有非常低的噪聲系數(shù)，增加的噪聲約為 1dB 至 2dB。FDA 位列第三，因?yàn)?FDA 的寬帶噪聲高于 LNA 但優(yōu)于 TRF1208。FDA 在單端輸入配置時(shí)存在共模噪聲抵消問(wèn)題，因其原生設(shè)計(jì)針對(duì)全差分輸入信號(hào)。使用這類(lèi)配置會(huì)略微影響 SNR。

TRF1208 排在最后；但是，該器件產(chǎn)生更多輸出噪聲，因?yàn)樗脑鲆姹?FDA 高。請(qǐng)記住，較高的有源增益會(huì)增加自生噪聲。例如，對(duì)于 2GHz 的模擬輸入信號(hào)，TRF1208 在 –166.7dBm/Hz 時(shí)的增益為 16dB，噪聲系數(shù)為 8dB，產(chǎn)生的輸出噪聲為 -150.7dBm/Hz。FDA 在 –163.3dBm/Hz 時(shí)的增益為 10dB (S2D)，噪聲系數(shù)為 11dB，輸出噪聲為 –153.3dBm/Hz。

如圖 2-2 所示，所有設(shè)計(jì)都被配置為具有盡可能寬的帶寬。在任何有源設(shè)計(jì)中，通過(guò)在放大器的輸出和 ADC 的輸入之間使用抗混疊濾波器來(lái)降低帶寬，有助于降低目標(biāo)頻帶外的寬帶噪聲和轉(zhuǎn)換器看到的噪聲，從而將 SNR 推回到基準(zhǔn)性能，如圖 2-1 所示（WB 平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和 5200RF 配置）。

圖 2-4 展示 10GHz 頻率掃描下各前端配置的線性 SFDR 動(dòng)態(tài)范圍。SFDR 是一種單頻測(cè)量，可以很好地反應(yīng)任何限制諧波，例如在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)的二次諧波，三次諧波，四次諧波等。

圖 2-4 五種前端設(shè)計(jì)的 SFDR 比較

紫色曲線為基準(zhǔn)性能，寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口可在轉(zhuǎn)換器的整個(gè)帶寬內(nèi)產(chǎn)生最佳 SFDR。表示 LNA 的綠色曲線顯示較差性能，尤其是在最高 5GHz 的較低頻帶，因?yàn)榭紤]到 LNA 的單端性質(zhì)，偶數(shù)階失真 (HD2) 始終占主導(dǎo)地位。HD2 最終會(huì)超出 ADC 的帶寬。

使用差分前端方法時(shí)，F(xiàn)DA 設(shè)計(jì)在 0.5-3.5GHz 呈現(xiàn)三階主導(dǎo)失真。使用單端方法時(shí)，0.5-5GHz 偶次失真更明顯。

TRF1208 設(shè)計(jì)全程與無(wú)源基線前端性能持平，證明該放大器是寬帶有源前端的一個(gè)選擇。

另一個(gè)常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換器測(cè)試指標(biāo)是雙頻，這會(huì)產(chǎn)生 IMD3 結(jié)果或三階互調(diào)失真，并更快地模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用信號(hào)。簡(jiǎn)而言之，雙頻測(cè)量同時(shí)主動(dòng)測(cè)量注入前端接口的兩個(gè)信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)通常會(huì)相互偏移 10Mhz，并驅(qū)動(dòng)至相同的電平，即每個(gè)信號(hào)為 –7dBFS。圖 2-5 顯示了 IMD3+(2 ×F1 + F2 和 2 ×F2 + F1) 結(jié)果。為了清楚地說(shuō)明性能差異，在捕獲時(shí)，圖 2-5 不包括 IMD3–(2 ×F1 - F2 和 2 ×F2 - F1)。

圖 2-5 五種前端設(shè)計(jì)的 IMD3 比較

紫色曲線再次說(shuō)明了基線性能，寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口可在轉(zhuǎn)換器的整個(gè)帶寬內(nèi)產(chǎn)生最佳 IMD3 性能。綠色曲線表示 LNA，顯示與寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口相關(guān)的性能下降。代表 FDA 接口的藍(lán)色和黑色曲線相對(duì)于 5Ghz 以下的基線性能也有所下降。在整個(gè)頻率掃描中，TRF1208 設(shè)計(jì)與無(wú)源基線前端持平。該放大器具有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)，即該放大器是滿足寬帶前端要求的一個(gè)選擇。

值得注意的是，此前端比較的 FDA 采用雙電源供電（含負(fù)壓）并消耗 1.8W 功率以降低噪聲。這是一種降低噪聲，增加放大器余量并增加設(shè)計(jì)功率的方法。LNA 耗散的功率最少；在單個(gè) 5V 電源下僅為 0.275W。TRF1208 依靠單個(gè)5V 電源供電，功耗為 0.675W。