圖 2-2 展示了五種不同前端在高達(dá) 10GHz 頻率下的輸入帶寬和輸入驅(qū)動電平權(quán)衡曲線。每種設(shè)計(jì)的前端帶寬對于 -3dB 帶寬及在 1.4Ghz 達(dá)到 -6dBFS 所需的輸入驅(qū)動電平具有指導(dǎo)意義。以 TRF1208 設(shè)計(jì)為例，僅需 –16dBm 輸入信號即可使 ADC 滿量程值達(dá)到 –6dBFS。而 WB 平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器需要約 1dBm 才能達(dá)到相同的電平。兩者之間存在需要前一級提供的 17dBm 信號強(qiáng)度差。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和寬帶接口網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生損耗，從而增大整個信號鏈的噪聲系數(shù)。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器會產(chǎn)生損耗，LNA 和 FDA 前端設(shè)計(jì)中包含單端轉(zhuǎn)差分信號的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器同樣會產(chǎn)生損耗。

圖 2-2 五種前端設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng)對比

如前所述，平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器具有損耗，因此寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口需要最高的信號驅(qū)動強(qiáng)度，這要求平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器初級端有 +1dBm 的信號電平才能使 ADC 輸出達(dá)到 –6dBFS。所有其他比較都使用有源放大器器件(均具有固有增益)，因此所需的輸入驅(qū)動電平非常低：在 –5dBm 至 –16dBm 之間。可以對每個前端網(wǎng)絡(luò)工作進(jìn)行進(jìn)一步分析，以均衡增益和輸入網(wǎng)絡(luò)損耗。但這些信息已為深入評估 AC 性能提供了預(yù)判依據(jù)。

通過相同帶寬的頻率掃描，我們捕獲和對比了 SNR、SFDR 和 IMD3 這三項(xiàng)交流性能。這三項(xiàng)測試是設(shè)計(jì)高速轉(zhuǎn)換器時用于比較權(quán)衡的典型標(biāo)準(zhǔn)。

圖 2-3 顯示了各種配置在 SNR 方面的權(quán)衡。

圖 2-3 五種前端設(shè)計(jì)的 SNR 比較

紫色曲線為基線性能，可以看出寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口在轉(zhuǎn)換器的整個帶寬內(nèi)提供最佳的 SNR 性能。綠色曲線代表 LNA 方法，位居第二，因?yàn)檫@類有源器件通常具有非常低的噪聲系數(shù)，增加的噪聲約為 1dB 至 2dB。FDA 位列第三，因?yàn)?FDA 的寬帶噪聲高于 LNA 但優(yōu)于 TRF1208。FDA 在單端輸入配置時存在共模噪聲抵消問題，因其原生設(shè)計(jì)針對全差分輸入信號。使用這類配置會略微影響 SNR。

TRF1208 排在最后；但是，該器件產(chǎn)生更多輸出噪聲，因?yàn)樗脑鲆姹?FDA 高。請記住，較高的有源增益會增加自生噪聲。例如，對于 2GHz 的模擬輸入信號，TRF1208 在 –166.7dBm/Hz 時的增益為 16dB，噪聲系數(shù)為 8dB，產(chǎn)生的輸出噪聲為 -150.7dBm/Hz。FDA 在 –163.3dBm/Hz 時的增益為 10dB (S2D)，噪聲系數(shù)為 11dB，輸出噪聲為 –153.3dBm/Hz。

如圖 2-2 所示，所有設(shè)計(jì)都被配置為具有盡可能寬的帶寬。在任何有源設(shè)計(jì)中，通過在放大器的輸出和 ADC 的輸入之間使用抗混疊濾波器來降低帶寬，有助于降低目標(biāo)頻帶外的寬帶噪聲和轉(zhuǎn)換器看到的噪聲，從而將 SNR 推回到基準(zhǔn)性能，如圖 2-1 所示（WB 平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和 5200RF 配置）。

圖 2-4 展示 10GHz 頻率掃描下各前端配置的線性 SFDR 動態(tài)范圍。SFDR 是一種單頻測量，可以很好地反應(yīng)任何限制諧波，例如在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)的二次諧波，三次諧波，四次諧波等。

圖 2-4 五種前端設(shè)計(jì)的 SFDR 比較

紫色曲線為基準(zhǔn)性能，寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口可在轉(zhuǎn)換器的整個帶寬內(nèi)產(chǎn)生最佳 SFDR。表示 LNA 的綠色曲線顯示較差性能，尤其是在最高 5GHz 的較低頻帶，因?yàn)榭紤]到 LNA 的單端性質(zhì)，偶數(shù)階失真 (HD2) 始終占主導(dǎo)地位。HD2 最終會超出 ADC 的帶寬。

使用差分前端方法時，F(xiàn)DA 設(shè)計(jì)在 0.5-3.5GHz 呈現(xiàn)三階主導(dǎo)失真。使用單端方法時，0.5-5GHz 偶次失真更明顯。

TRF1208 設(shè)計(jì)全程與無源基線前端性能持平，證明該放大器是寬帶有源前端的一個選擇。

另一個常見的轉(zhuǎn)換器測試指標(biāo)是雙頻，這會產(chǎn)生 IMD3 結(jié)果或三階互調(diào)失真，并更快地模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用信號。簡而言之，雙頻測量同時主動測量注入前端接口的兩個信號。這兩個信號通常會相互偏移 10Mhz，并驅(qū)動至相同的電平，即每個信號為 –7dBFS。圖 2-5 顯示了 IMD3+(2 ×F1 + F2 和 2 ×F2 + F1) 結(jié)果。為了清楚地說明性能差異，在捕獲時，圖 2-5 不包括 IMD3–(2 ×F1 - F2 和 2 ×F2 - F1)。

圖 2-5 五種前端設(shè)計(jì)的 IMD3 比較

紫色曲線再次說明了基線性能，寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口可在轉(zhuǎn)換器的整個帶寬內(nèi)產(chǎn)生最佳 IMD3 性能。綠色曲線表示 LNA，顯示與寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器接口相關(guān)的性能下降。代表 FDA 接口的藍(lán)色和黑色曲線相對于 5Ghz 以下的基線性能也有所下降。在整個頻率掃描中，TRF1208 設(shè)計(jì)與無源基線前端持平。該放大器具有一個明顯的優(yōu)勢，即該放大器是滿足寬帶前端要求的一個選擇。

值得注意的是，此前端比較的 FDA 采用雙電源供電（含負(fù)壓）并消耗 1.8W 功率以降低噪聲。這是一種降低噪聲，增加放大器余量并增加設(shè)計(jì)功率的方法。LNA 耗散的功率最少；在單個 5V 電源下僅為 0.275W。TRF1208 依靠單個5V 電源供電，功耗為 0.675W。