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2021-04-08
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简介
传统收发器设计中，50 Ω单端接口广泛用于射频和中频威廉希尔官方网站
。当威廉希尔官方网站
进行互连时，应全部具有匹配的50 Ω输出和输入阻抗。然而在现代收发器设计中，差分接口常用在中频威廉希尔官方网站
中以获得更好的性能，但实际设计过程中，工程师需要处理几个常见问题，包括阻抗匹配、共模电压匹配以及复杂的增益计算。了解发射机和接收机中的差分威廉希尔官方网站
对优化增益匹配和系统性能很有帮助。
差分接口优势
差分接口有三大主要优势。首先，差分接口可抑制外部干扰和接地噪声。其次，它可以抑制偶次阶输出失真。这对于零中频（ZIF）接收机非常重要，因为出现在低频信号中的偶次阶成分无法滤除。第三，输出电压可达到单端输出的两倍，从而将给定电源上的输出线性度提高6 dB。
本文论述三种情况下的接口解决方案：ZIF接收机、超外差式接收机和发射机。这三种架构广泛用于射频拉远单元（RRU）、数字直放站和其他无线测试仪器中。
ZIF接收机接口设计和增益计算
在零中频（ZIF）接收机设计中，IF信号是复信号，直流和低频率信号来提供有用信息。典型解调器在驱动200 Ω至450 Ω负载时可提供最佳性能，同时ADC驱动器的输入阻抗一般并非50 Ω，因此设计系统时采用直流耦合很重要也很困难。
图1显示了一个ZIF接收机配置，它使用两个低噪声放大器（LNA） ADL5523 一个400MHz至6000MHz正交I/Q解调器ADL5380、一个作为本振（LO）的宽带频率合成器ADF4350以及一个双通道数字可编程可变增益放大器（VGA）AD8366。表1显示了相关ADL5380接口和增益参数。
图1. ZIF接收机框图
表1.ADL5380接口和增益参数
与具有217 Ω差分输入阻抗的AD8366接口时，ADL5380具有5.9 dB电压增益和–0.5 dB功率增益［5.9 dB – 10log （217/50）］。为获得最佳性能，将ADL5380 ADJ引脚连接至VS，使ADL5380与AD8366间的共模电压设置为2.5 V。在ADL5380与AD8366间放置具有0.5 dB插入损耗的差分四阶巴特沃兹低通滤波器，以便抑制噪声和高频干扰成分。虽然滤波器会输入和输出阻抗并不匹配，但在基带频率下这些不匹配是可以忽略的。
表2.AD8366接口和增益参数
AD8366的共模输出电压可设置为2.5 V；当VCM保持浮空时其线性度最佳。遗憾的是，AD6642在0.9 V共模输入电压（0.5 × AVDD）下具有最佳性能。由于AD8366的共模输出电压必须介于1.6 V与3 V之间，因此AD6642 VCM和AD8366 VCM引脚无法直接连接，必须使用电阻将AD8366共模输出电压分压至0.9 V。
为获得最佳性能，AD8366应驱动200Ω载。要实现所需的共模电平和阻抗匹配，可在AD8366后添加63 Ω串联电阻和39 Ω并联电阻。这一电阻网络将使信号功率衰减4 dB。
AD8366的输出摆幅可达6 V p-p，但电阻网络提供的4 dB衰减使AD6642得到的电压限于2.3 V p-p，避免了较大干扰尖峰或增益的失控对ADC带来损害。
在AD8366与AD6642间放置具有1.5 dB插入损耗的差分六阶巴特沃兹低通滤波器，可以滤除高频干扰成分。I或者Q通道的完整差分接口如图2所示。
图2.ZIF接收机接口框图和仿真滤波器特性（点击图片放大）
为保留足够的余量来应付整个温度范围内的增益变化，AD8366在正常模式下的增益设置为16 dB。
采用这种配置，整个信号链的增益如下：
5.9 dB – 10log （217/50） – 0.5 dB + 16 dB – 10log （200/217） – 1.5 dB – 4 dB = 9.9 dB.
在ADL5380之前以级联方式插入的两个LNA实现了32 dB的射频增益。由于模数转换器被配置为2 V p-p满幅摆幅和78 Ω等效输入阻抗，它可以接收最大–34 dBm的单音RF输入信号。如果输入信号是具有10 dB峰均比（PAR）的调制信号，在不改变VGA设置情况下，接收机可以接收的最大输入信号为－41dBm。
换言之，电压增益可用于计算信号链链路预算。当输入端口阻抗等于输出端口阻抗时，电压增益等于功率增益。整个信号链的电压增益为：
32 dB + 5.9 dB – 0.5 dB + 16 dB – 1.5 dB – 8 dB = 43.9 dB.
对于单音信号输入，要获得2 V p-p摆幅范围，正确的输入功率为：
8 dBm – 43.9 dB + 10log （78/50） = –34 dBm.
用电压增益计算的结果与功率增益计算出结果是相同的。
某些应用中，ADL5380可能需要直接连接至AD6642，这种情况下，可为AD6642差分输入添加500 Ω电阻以改善匹配。ADL5380电压增益为6.9 dB，且具有与AD8366相同的共模问题。所以应使用160 Ω串联电阻和100 Ω并联电阻来实现500 Ω负载和所需的共模电压。同样，电阻网络可将电压增益衰减8 dB（功率则衰减4 dB）。
在ADL5380与AD6642间放置具有1.5 dB插入损耗的低通滤波器，从而滤除干扰频率成分。整个链路的输入阻抗为50 Ω，输出阻抗为500 Ω。采用这种配置，整个信号链的增益如下：
6.9 dB – 10log （500/50） – 1.5 dB – 4 dB = –8.6 dB.
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