NEST067 May 2024 ADC12DJ5200RF
5 AAF 設計範例
圖 4 中顯示的設計範例電路，是一種以德州儀器 (TI) TRF1208 為基礎的寬頻低通接收器前端，其為 10MHz 至 11GHz 的 3dB 差動放大器單端，而 TI ADC12DJ5200RF 為射頻 (RF) 取樣 12 位元雙通道 5.2GSPS ADC。我根據放大器和 ADC 的性能與介面需求，最佳化三階 Butterworth AAF；濾波器網路和其他元件導致的總插入損耗小於 6dB。在此 AC 耦合設計中，0.1µF 電容器會封鎖放大器、其終端電阻器與 ADC 輸出之間的共模電壓。
10MHz 至 11GHz TRF1208 差動放大器接受單端輸入，並將其轉換為以 16dB 增益運作的差動訊號，以補償濾波器網路的插入損耗，提供 +7.8dB 的整體訊號增益。
–6.8dBm 的輸入訊號會在 ADC 輸入處，產生全刻度 800mV 峰間差動訊號。
整體電路的頻寬爲 2.34GHz，通帶平坦度爲 <3dB。以 534MHz 類比輸入頻率測量的 SNR 及 SFDR 分別為 52.5dBFS 與 71.4dBFS。取樣頻率為 5.2GSPS，因此可形成涵蓋 10MHz 至 2.5GHz 間第一奈奎斯特整體區域的寬頻低通濾波器。圖 4 說明最終濾波器被動元件的選擇值 (在調整實際電路寄生後)。
AAF 設計爲三階巴特沃斯思濾波器，採用標準濾波器設計方案，差動來源阻抗 (ZAAFS) 爲 39Ω (2 ´ 18Ω + 3Ω)，差動負載阻抗為 103Ω (ZAAFL)，截止頻率爲 2.4GHz。進行模擬時需要採用較高的串聯電感值，因此我將這些電感器降低至 3nH 以說明配置中的固有走線電感，並按比例將模擬中的初始 1.8pF 電容器增至 2.2pF，進而協助維持適當的 2.4GHz 滾降要求。
在這種情況下爲實現淨性能，TRF1208 不會產生反向終端，且淨差動阻抗負載爲 139Ω (ZAL)。執行 18Ω 串聯電阻器時，會將濾波器電容與放大器輸出隔離。若要深入剖析 FDA 性能，您可下載 S 參數。
與 ADC 輸入串聯安裝 15Ω 電阻器，可隔離濾波器與放大器的內部切換暫態，並為 FDA 提供必要的特性負載。
我根據產品規格表使用 ADC 的 100Ω 輸入阻抗。若要深入剖析 ADC 性能，請下載 S 參數。
圖 4 FDA、AAF、ADC 寬頻接收器前端設計 (精簡電路圖 schematic)。表 2 總結測得的系統性能，其中網路的總插入損耗約為 5.8dB。
| 性能規格為 –1dBFS (FS = 0.8V 峰間)，取樣率 = 5.2GSPS、JMODE 3 | 最終結果 |
|---|---|
| 截止頻率 | 2,340MHz |
| 通帶平坦度 (10MHz-2.2GHz) | <3.0dB |
| 534MHz 時的 SNR 全刻度 | 52.5dBFS |
| 534MHz 時的 SFDR | 71.4dBFS |
| 534MHz 時的 H2/H3 | –71.4dBFS/–73.0dBFS |
| 534MHz 時的整體增益 | +7.8dB |
| 534MHz 時的輸入驅動 | -12.8dBm (−6dBFS) |
圖 5 說明最終產生的整合 FDA、AAF 和 ADC 訊號鏈頻率響應。
圖 5 通帶平坦度性能與頻率。圖 6 分別說明 SNR 和 SFDR 性能與頻率的關係。
圖 6 SNR/SFDR 性能與頻率，取樣率 = 5.2GSPS。