AD9371和ADRV9009射頻端口硬件設(shè)計(jì)指南

發(fā)射機(jī)端口直流饋電

該系列收發(fā)器發(fā)射端口屬于一個(gè)推挽的差分RF驅(qū)動(dòng)器，與通常的RF放大器一樣，需要直流饋電以提供功率，由此產(chǎn)生了兩種饋電（即直流偏置）方式，一種是利用外部射頻扼流圈進(jìn)行饋電，另一種是利用RF變壓器的重新抽頭進(jìn)行饋電（將變壓的線圈作為射頻扼流圈）。全功率輸出情況下，每個(gè)差分輸出端口的吸電流最大可達(dá)100mA，扼流圈和RF變壓器/巴倫的參數(shù)選擇對(duì)射頻性能有重要影響，需要選擇具有盡量小的直流導(dǎo)通電阻Rdrc的的器件以降低直流壓降，電壓降drop增加會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)性能下降（輸出P1dB，最大Pout等），選擇一個(gè)相對(duì)于負(fù)載阻抗足夠高的扼流電感(LC)，以避免降低輸出功率（功率會(huì)通過(guò)扼流圈向電源泄露，也因此容易干擾其他電路），但是較高的扼流電感LC與較小的直流電阻兩者是矛盾的（同體積下），實(shí)際設(shè)計(jì)中需要相互權(quán)衡。

實(shí)際選型經(jīng)驗(yàn)：發(fā)射機(jī)直流偏置電流約100mA（滿幅度功率輸出），這里需要注意變壓器能夠承受的電流（mini的很多繞線變壓器TC-1-13的最大電流30mA（0.25W），而TDK或mini（NCS1-292+）的LTCC變壓器電流為200mA或3w），可以使用繞線扼流電感或者巴倫/變壓器中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行饋電，但需要注意選擇低直流等效電阻的器件，以最小化直流壓降，保證發(fā)射機(jī)性能；饋電電感量相對(duì)于負(fù)載阻抗必須足夠大，才不至于造成輸出功率下降，推薦的直流偏置網(wǎng)絡(luò)是使用變壓器中心抽頭，這種偏置網(wǎng)絡(luò)的器件數(shù)量和寄生參數(shù)均較小。

balun的不平衡是指將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)時(shí)，差分信號(hào)的+、-信號(hào)不是完全幅度相等、極性相反的一對(duì)理想差分信號(hào)，它們的幅度和相位會(huì)有些差異。其原因主要是變壓器初、次級(jí)線圈之間的寄生電容引起的。而且信號(hào)頻率越高，這種差異越顯著。解決方法可以用二個(gè)變壓器級(jí)聯(lián)，這樣可以減輕幅度和相位的不平衡，其原理是/變壓器級(jí)聯(lián)之后，前級(jí)和后級(jí)的初、次級(jí)線圈間的寄生電容串聯(lián)，容值變小。關(guān)于這個(gè)，maxim有application note專門(mén)講用變壓器做ADC的模擬前端的。

官方推薦的兩種結(jié)構(gòu)，其中第二種使****用的器件數(shù)量和寄生參數(shù)最少

另外兩種饋電方式：注意隔直電容

發(fā)射機(jī)阻抗匹配設(shè)計(jì)方法

負(fù)載牽引和小信號(hào)匹配的差別：

1. 負(fù)載牽引：
2. 小信號(hào)匹配：基于傳輸增益的最大功率傳輸

使用負(fù)載牽引的方法：調(diào)整發(fā)射機(jī)差分阻抗，以達(dá)到輸出功率和三階交調(diào)節(jié)點(diǎn)的最佳平衡。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)的數(shù)據(jù)，最佳發(fā)射機(jī)輸出差分阻抗是50歐姆，注意以下幾點(diǎn)：

1. 基波輸出功率反比于負(fù)載阻抗的實(shí)部
2. 輸出三階交調(diào)點(diǎn)反比于負(fù)載阻抗的實(shí)部
3. OIP3對(duì)于容性負(fù)載相比感性負(fù)載要更高
4. 最優(yōu)發(fā)射機(jī)差分輸出阻抗是可以改變的

射頻端口阻抗：

發(fā)射端口匹配網(wǎng)路

接收機(jī)端口

對(duì)于在接收端口使用外部LNA的應(yīng)用，9371的噪聲系數(shù)不是很重要，使用外部LNA允許使用簡(jiǎn)單的阻抗匹配拓?fù)?，從而獲得較寬的RF帶寬。

布線優(yōu)先級(jí)：射頻信號(hào)好JESD204B信號(hào)優(yōu)先級(jí)最高，JESD204B差分對(duì)間注意保留一定的隔離度

AD9371的可配置為寬帶應(yīng)用，此時(shí)需要使用寬帶射頻巴倫TCM1-83X+，該巴倫擁有較大的相位失衡，而TDK窄帶的LTCC巴倫相位失衡小于5度（應(yīng)小于5度，對(duì)于ADC前端同樣如此），符合要求

接收端口設(shè)計(jì)

端口特性

單端和差分輸入接口電路

Marchand Planer Balun（馬相平面巴倫）的使用

Marchand Planer Balun很適合此處的應(yīng)用，因?yàn)檫@類巴倫一般用LTCC工藝實(shí)現(xiàn)，可以做到0603或0805封裝，占用體積小，也比繞線巴倫要結(jié)實(shí)。

當(dāng)差分端口需要支流偏置時(shí)，可以從2腳進(jìn)行饋電，不需偏置則根據(jù)外部需求使用直流接地或者AC接地。

6腳懸空

通用匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

接收端口：RX，ORX，SnRx均適用，原理圖設(shè)計(jì)時(shí)可以將同一位置處并聯(lián)的RLC器件改為只有一個(gè)或者按圖所示多個(gè)并聯(lián)，因?yàn)閷?shí)際匹配時(shí)基本只有一個(gè)器件（R、L、C），而PCB設(shè)計(jì)時(shí)可以將串聯(lián)支路的多個(gè)器件重疊放置，只占用一個(gè)器件空間，而并聯(lián)支路可以根據(jù)個(gè)人偏好選擇是否重疊放置，總之盡可能減少阻抗不連續(xù)點(diǎn)和PCB面積。

接收端口匹配網(wǎng)路