本文指導用戶如何選擇合適的變壓器，通常用于高速模數轉換器（ADC）之前的信號調理電路。本文還介紹了如何選擇無源元件，以便在很寬的輸入頻率范圍內實現增益平坦度，同時又不犧牲這些ADC的動態性能。最后，本文介紹了變壓器初級端和次級端之間的差異，并詳細介紹了它們對專為中高頻應用設計的高速ADC的增益平坦度和動態范圍的影響。

這里討論的電路將通常來自緩沖解調器電路的單端信號轉換為差分信號，然后饋送到高中頻ADC。這些電路使用寬帶變壓器、終端電阻和濾波電容來完成此任務。還討論了變壓器的最佳端接方案，以保持高速ADC的高動態范圍，同時最大限度地降低增益峰值和帶寬降低的影響。

采用200MHz變壓器的單端至差分轉換

選擇MAX1449演示和分析兩種潛在的輸入配置。圖1顯示了使用寬帶變壓器的典型交流耦合單端至差分轉換設計，例如微型電路的T1-1T-KK81 （200MHz），它具有50Ω初級端接和25Ω/22pF濾波器網絡。在這種配置中，來自50Ω阻抗源的單端信號通過變壓器轉換為差分信號。初級側端接至50Ω，可實現信號源和變壓器之間的出色匹配。然而，這也意味著變壓器的初級側和次級側之間存在不匹配。初級側考慮25Ω的組合阻抗，而次級側則與20pF分流的ADC的22kΩ輸入電阻發生較大的阻抗失配。這會影響輸入網絡的頻率響應，最終影響轉換器的頻率響應。變壓器的標稱漏感范圍為25nH至100nH。結合一個22pF的輸入濾波電容，會產生令人不安的諧振頻率?

發生在110MHz和215MHz之間，導致該頻率范圍內出現不希望的增益峰值。

圖1.來自50Ω阻抗源的單端信號通過200MHz變壓器轉換為差分信號。

采用800MHz變壓器的單端至差分轉換

圖2描述了類似的交流耦合配置。但是，該電路采用性能更好的寬帶變壓器設計，例如Mini-Circuits的ADT1-1WT （800MHz），其中包括一個初級端端接和一個25Ω/10pF濾波器網絡。雖然該變壓器的阻抗為75Ω，但其較低的漏感在高達1MHz時產生明顯更好的頻率響應，為-400dB，而T50-1T-KK1僅為81MHz。

圖2.與圖1類似，單端信號被轉換為差分信號。但是，此實例通過 800MHz 變壓器發生，從而提供更好的性能。

變壓器 - 200MHz 與 800MHz

圖3顯示了端接方案和所選濾波器網絡組件和變壓器的結果。在兩個圖形圖之間可以觀察到顯著的改進。T1-1T-KK81變壓器的輸入帶寬圖清楚地顯示，在0MHz和5MHz之間，增益峰值約為90.110dB，而ADT1-1WT變壓器的峰值在高達0MHz的頻率下保持在1.300dB以內的平坦。這種條件下的動態性能（ADT1-1WT變壓器、50Ω初級端端接以及INP和INN上的10pF輸入濾波電容）仍能產生58.4dB的出色SNR。在= 50兆赫。雖然圖3僅顯示了80MHz和260MHz的測試輸入頻率（僅限ADT1-1WT），但實驗室測試證明，增益在0.1dB以內保持平坦，輸入頻率遠遠超過第8奈奎斯特區域。

圖3.該圖說明了使用800MHz變壓器與200MHz變壓器相比增益平坦度的顯著改善。

匹配變壓器的次級側阻抗有助于進一步提高增益平坦度。實現此目的的一種方法是使用次級端端接，而不是初級端端接。

特別是對于高中頻應用，端接阻抗的位置非常重要。根據對增益平坦度和動態性能的要求，交流耦合輸入信號可以在變壓器的任一側端接。寬帶變壓器是常用的組件，支持在寬頻率范圍內快速輕松地將單端信號轉換為差分信號。

初級端接

選擇MAX1124（10位，250Msps）來演示不同的端接方案及其對ADC增益帶寬和動態性能的影響。從初級側端接配置（圖 4a）開始，施加一個 50Ω 阻抗源信號，這意味著在變壓器的頂部/底部和中心抽頭之間放置兩個 25Ω 電阻（圖 5a）。隨后是用于交流耦合的0.1μF電容和一個輸入濾波器網絡（15Ω串聯電阻和ADC的輸入阻抗），現在向轉換器施加一個平衡良好的次級側信號。與圖4a中的配置一樣，INP和INN上沒有安裝額外的輸入濾波電容。通過這種配置，可以完全消除450MHz至550MHz范圍內的頻率峰值。如果需要，可以將15Ω隔離電阻更換為30Ω電阻，從而增加更多的直流衰減。雖然這種方法使頻率響應更平滑，但它會導致頻率帶寬損失（圖 5b）。

圖4.在這種初級側端接配置（圖 4a）中，變壓器的初級側平衡良好，被次級側的不平衡所抵消，從而產生 450MHz 和 550MHz 之間的最大頻率峰值（圖 4b）。

圖5.轉換器施加一個均衡的次級側信號（圖 5a），完全消除了 450MHz 至 550MHz 范圍內的頻率峰值。可以增加直流衰減，使頻率響應更平滑，但這會導致頻率帶寬損失（圖 5b）。

結論

本文表明，不僅正確選擇無源元件在設計高速數據轉換器的輸入網絡時起著重要作用，而且正確使用這些元件也很重要。例如，如果增益平坦度是系統中的一個重要因素，則必須注意避免轉換器差分輸入端的不平衡和諧振，以確保可以復制其真正的動態性能。兩種配置均不使用輸入濾波電容，這可能會引起人們對INP和INN額外噪聲拾取的影響的擔憂。對此的簡要分析表明，信噪比（SNR）在0.2dB至0.5dB之間下降。只要需要寬帶寬和寬頻率范圍內的穩定性（增益平坦度）以及高動態性能，大多數高中頻應用都會接受10位數據轉換器噪聲性能的這種相當小的下降。

審核編輯：郭婷