??簡介 ? ??傳統收發器設計中，50 Ω單端接口廣泛用于射頻和中頻電路。當電路進行互連時，應全部具有匹配的50 Ω輸出和輸入阻抗。然而在現代收發器設計中，差分接口常用在中頻電路中以獲得更好的性能，但實際設計過程中，工程師需要處理幾個常見問題，包括阻抗匹配、共模電壓匹配以及復雜的增益計算。了解發射機和接收機中的差分電路對優化增益匹配和系統性能很有幫助。 ? ??差分接口優勢 ? ??差分接口有三大主要優勢。首先，差分接口可抑制外部干擾和接地噪聲。其次，它可以抑制偶次階輸出失真。這對于零中頻（ZIF）接收機非常重要，因為出現在低頻信號中的偶次階成分無法濾除。第三，輸出電壓可達到單端輸出的兩倍，從而將給定電源上的輸出線性度提高6 dB。 ??本文論述三種情況下的接口解決方案：ZIF接收機、超外差式接收機和發射機。這三種架構廣泛用于射頻拉遠單元（RRU）、數字直放站和其他無線測試儀器中。 ? ??ZIF接收機接口設計和增益計算 ? ??在零中頻（ZIF）接收機設計中，IF信號是復信號，直流和低頻率信號來提供有用信息。典型解調器在驅動200 Ω至450 Ω負載時可提供最佳性能，同時ADC驅動器的輸入阻抗一般并非50 Ω，因此設計系統時采用直流耦合很重要也很困難。 ??圖1顯示了一個ZIF接收機配置，它使用兩個低噪聲放大器（LNA） ADL5523 一個400MHz至6000MHz正交I/Q解調器ADL5380、一個作為本振（LO）的寬帶頻率合成器ADF4350以及一個雙通道數字可編程可變增益放大器（VGA）AD8366。表1顯示了相關ADL5380接口和增益參數。 ? ?? ??圖1. ZIF接收機框圖 ? ??表1.ADL5380接口和增益參數 ? ? ??與具有217 Ω差分輸入阻抗的AD8366接口時，ADL5380具有5.9 dB電壓增益和–0.5 dB功率增益［5.9 dB – 10log （217/50）］。為獲得最佳性能，將ADL5380 ADJ引腳連接至VS，使ADL5380與AD8366間的共模電壓設置為2.5 V。在ADL5380與AD8366間放置具有0.5 dB插入損耗的差分四階巴特沃茲低通濾波器，以便抑制噪聲和高頻干擾成分。雖然濾波器會輸入和輸出阻抗并不匹配，但在基帶頻率下這些不匹配是可以忽略的。 ? ??表2.AD8366接口和增益參數 ? ? ??AD8366的共模輸出電壓可設置為2.5 V；當VCM保持浮空時其線性度最佳。遺憾的是，AD6642在0.9 V共模輸入電壓（0.5 × AVDD）下具有最佳性能。由于AD8366的共模輸出電壓必須介于1.6 V與3 V之間，因此AD6642 VCM和AD8366 VCM引腳無法直接連接，必須使用電阻將AD8366共模輸出電壓分壓至0.9 V。 ??為獲得最佳性能，AD8366應驅動200Ω載。要實現所需的共模電平和阻抗匹配，可在AD8366后添加63 Ω串聯電阻和39 Ω并聯電阻。這一電阻網絡將使信號功率衰減4 dB。 ??AD8366的輸出擺幅可達6 V p-p，但電阻網絡提供的4 dB衰減使AD6642得到的電壓限于2.3 V p-p，避免了較大干擾尖峰或增益的失控對ADC帶來損害。 ??在AD8366與AD6642間放置具有1.5 dB插入損耗的差分六階巴特沃茲低通濾波器，可以濾除高頻干擾成分。I或者Q通道的完整差分接口如圖2所示。 ? ??圖2.ZIF接收機接口框圖和仿真濾波器特性（點擊圖片放大） ? ??為保留足夠的余量來應付整個溫度范圍內的增益變化，AD8366在正常模式下的增益設置為16 dB。 ??采用這種配置，整個信號鏈的增益如下： ??5.9 dB – 10log （217/50） – 0.5 dB + 16 dB – 10log （200/217） – 1.5 dB – 4 dB = 9.9 dB. ??在ADL5380之前以級聯方式插入的兩個LNA實現了32 dB的射頻增益。由于模數轉換器被配置為2 V p-p滿幅擺幅和78 Ω等效輸入阻抗，它可以接收最大–34 dBm的單音RF輸入信號。如果輸入信號是具有10 dB峰均比（PAR）的調制信號，在不改變VGA設置情況下，接收機可以接收的最大輸入信號為－41dBm。 ??換言之，電壓增益可用于計算信號鏈鏈路預算。當輸入端口阻抗等于輸出端口阻抗時，電壓增益等于功率增益。整個信號鏈的電壓增益為： ??32 dB + 5.9 dB – 0.5 dB + 16 dB – 1.5 dB – 8 dB = 43.9 dB. ??對于單音信號輸入，要獲得2 V p-p擺幅范圍，正確的輸入功率為： ??8 dBm – 43.9 dB + 10log （78/50） = –34 dBm. ??用電壓增益計算的結果與功率增益計算出結果是相同的。 ??某些應用中，ADL5380可能需要直接連接至AD6642，這種情況下，可為AD6642差分輸入添加500 Ω電阻以改善匹配。ADL5380電壓增益為6.9 dB，且具有與AD8366相同的共模問題。所以應使用160 Ω串聯電阻和100 Ω并聯電阻來實現500 Ω負載和所需的共模電壓。同樣，電阻網絡可將電壓增益衰減8 dB（功率則衰減4 dB）。 ??在ADL5380與AD6642間放置具有1.5 dB插入損耗的低通濾波器，從而濾除干擾頻率成分。整個鏈路的輸入阻抗為50 Ω，輸出阻抗為500 Ω。采用這種配置，整個信號鏈的增益如下： ??6.9 dB – 10log （500/50） – 1.5 dB – 4 dB = –8.6 dB.