平衡-不平衡變壓器常用于將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，其可在不增加噪聲的同時(shí)保持優(yōu)良的失真指標(biāo)。用于高速、差分輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的驅(qū)動(dòng)器電路就是一個(gè)常見的例子。

你有沒(méi)有考慮過(guò)采用差分放大器來(lái)替代 RF/IF 信號(hào)鏈路中的平衡-不平衡變壓器呢？如果沒(méi)有，那么你應(yīng)該考慮一下。雖然它們并不適用于所有的應(yīng)用，但是全差分放大器 （FDA） 提供了一些優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的長(zhǎng)處。

這里我們列出8個(gè)問(wèn)題，通過(guò)回答這些問(wèn)題可幫助你確定最適合你的設(shè)計(jì)的是平衡-不平衡變壓器還是FDA。

1。你的應(yīng)用需要 DC 去耦嗎？

平衡-不平衡變壓器始終只進(jìn)行AC去耦。假如你的應(yīng)用需要DC去耦，那么最佳的選擇是采用支持DC去耦的FDA。

2。你的應(yīng)用存在空間上的限制嗎？

FDA是集成電路。因此，與平衡-不平衡變壓器相比，F(xiàn)DA的設(shè)計(jì)、制造和封裝其占板面積和高度要小得多。作為占板面積分析的一部分，你還應(yīng)當(dāng)考慮到這樣一點(diǎn)：在某些場(chǎng)合中單個(gè) FDA 能夠完成兩個(gè)大得多的采用背對(duì)背配置（以降低偶次諧波失真）的平衡-不平衡變壓器所承擔(dān)的任務(wù)。

3。你的信號(hào)路徑在接收器中的這一級(jí)上需要功率增益嗎？

平衡-不平衡變壓器不能提供功率增益。而且，當(dāng)提供電壓增益時(shí)，它們?cè)谏龎盒碗妷号渲茫ú捎迷褦?shù)比來(lái)產(chǎn)生電壓增益）中受制于系統(tǒng)的阻抗。這就使得難以在使用所需的濾波器阻抗的同時(shí)獲得期望的匝數(shù)比電壓增益。事實(shí)上，平衡-不平衡變壓器往往具有插入損耗。FDA 在阻抗變換中提供了真正的信號(hào)增益和靈活性。

4。ADC和/或?yàn)V波器需要緩沖嗎？

平衡-不平衡變壓器不能對(duì)來(lái)自電源的阻抗進(jìn)行緩沖。在存在來(lái)自ADC輸入采樣/保持電路的回踢干擾能量、或者也許所選的濾波器即將引起負(fù)載難題的場(chǎng)合，這一點(diǎn)特別有意義。FDA提供了此類優(yōu)勢(shì)，從而使你能夠靈活地針對(duì)所需的確切電壓增益進(jìn)行電路的配置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所選的阻抗并緩沖來(lái)自電源的負(fù)載。

5。你是否關(guān)心放大器中的轉(zhuǎn)換速率呢？

盡管平衡-不平衡變壓器通常不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換速率施加很大的限制，但是差分放大器同樣無(wú)須限制轉(zhuǎn)換速率。LMH5401FDA能夠支持大于17，500V/μs的轉(zhuǎn)換速率和80 ps的上升時(shí)間。

6。你是否因?yàn)槠胶?不平衡變壓器是無(wú)源組件就認(rèn)為它是適合你系統(tǒng)的最佳選擇呢？

雖然平衡-不平衡變壓器是無(wú)源組件且不消耗功率，但是由于位于ADC之前的下變頻接收器和濾波器中的信號(hào)損耗、甚至是平衡-不平衡變壓器自身中的損耗，導(dǎo)致在許多情況下都需要布設(shè)一個(gè)IF增益級(jí)。FDA將提供你所需要的IF增益，并有可能免除平衡-不平衡變壓器。

7。FDA會(huì)增加噪聲嗎？

相比于平衡-不平衡變壓器，使用FDA將增加信號(hào)路徑的噪聲，但是在很多場(chǎng)合中無(wú)論如何你都需要一個(gè)IF放大器。通常，RF LNA將設(shè)定噪聲性能。

8。FDA會(huì)限制失真性能嗎？

許多設(shè)計(jì)人員都偏愛使用平衡-不平衡變壓器，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為其失真性能優(yōu)于放大器。在非常高的頻率下（＞＞1 GHz）這或許是正確的，但是諸如TI等放大器制造商則提供了在很多常用頻率下（尤其是在DC至1GHz的頻率范圍內(nèi)）擁有優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的幅度平衡和失真指標(biāo)的FDA。

比如，我們的LMH5401 FDA可在100MHz頻率下提供＞60dBc的平衡誤差，而在1 GHz頻率下則接近50dBc。這提供了大約100dBc（在100 MHz）和大約60dBc（在1 GHz）的諧波失真。請(qǐng)參見圖1，以了解有關(guān)幅度平衡誤差的更多詳情。

圖 1：LMH5401 在執(zhí)行單端至差分轉(zhuǎn)換時(shí)的平衡誤差

粗略地講，LM5401和LM3401擁有驅(qū)動(dòng)16位ADC（在高達(dá)約300 MHz）、14 位ADC（在高達(dá)約500 MHz）、12位ADC（在高達(dá)約1 GHz）、以及8位和10 位ADC（在高達(dá)2GHz）所必需的失真性能。

所以，總的說(shuō)來(lái)，F(xiàn)DA可在單顆芯片內(nèi)集成兩種或三種功能―IF放大器及一個(gè)或兩個(gè)平衡-不平衡變壓器―同時(shí)改善IF放大性能并實(shí)現(xiàn)低功耗、較小的尺寸、較高的帶寬和卓越的失真指標(biāo)。這一點(diǎn)即使在單端至差分配置中也不例外。

圖2顯示出了一款采用“有源平衡-不平衡變壓器”配置的典型應(yīng)用電路，其由LMH5401 FDA 在一個(gè)GSPS ADC（比如：12 位、4 GSPS RF采樣 ADC12J4000）之前提供增益、緩沖和單端至差分轉(zhuǎn)換。

圖2：顯示有源平衡-不平衡變壓器配置的LMH5401應(yīng)用電路

下表給出了平衡-不平衡變壓器和FDA的某些優(yōu)缺點(diǎn)的快速參考。

平衡-不平衡變壓器全差分放大器

尺寸大尺寸（大多數(shù)都大于 20 mm2）

高度（大多數(shù)都大于 3 mm）小尺寸（LMH3401 為 6.35 mm2）

高度（LMH3401 小于 0.6 mm）

DC 耦合不適用支持

頻率響應(yīng)具有大的插入損耗并隨頻率而變化極小的插入損耗，而且在整個(gè)頻率范圍內(nèi)更加恒定

功率增益無(wú)功率增益

－ 阻抗匹配與電壓 / 電流增益相關(guān)可提供功率增益

－ 阻抗匹配與增益無(wú)關(guān)

緩沖無(wú)緩沖

－ 濾波器受影響：負(fù)載與濾波器阻抗相互影響

－ 無(wú)反向隔離有緩沖

－ 濾波器阻抗靈活：可使負(fù)載免受濾波器的影響

－ 反向隔離：可隔離 ADC 輸入級(jí)干擾

失真無(wú)失真規(guī)格

幅度平衡指標(biāo)較差更好的失真規(guī)格

更好的幅度平衡

噪聲噪聲較小增加了噪聲

溫度范圍有限的“規(guī)格指標(biāo)與溫度的關(guān)系”

在整個(gè)溫度范圍內(nèi)增益變化很大確定的“規(guī)格指標(biāo)與溫度的關(guān)系”

在整個(gè)溫度范圍內(nèi)增益變化很小

可靠性由于機(jī)械構(gòu)造的原因（比如：飛行過(guò)程中的振動(dòng)）而不太可靠由于采用單片式實(shí)現(xiàn)方案，因而具有高可靠性

模型設(shè)計(jì)模型極少通常提供 SPICE 和 ADS 模型

所以，當(dāng)下一次你需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)高速、差分輸入ADC時(shí)，務(wù)必考慮采用諸如LMH3401或LMH401等FDA。對(duì)于1 GHz以下的許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，F(xiàn)DA不僅將縮短你的物料清單，而且還可提供較寬的帶寬支持、較小的尺寸、DC耦合及簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)。