使用有源匹配電路改善寬帶全差分放大器的噪聲性能

表3：掃描增益50Ω有源匹配元件值和ISL55210噪聲分析。

第一行值接近匹配表2最后一行中的較前結果。這些電阻值對任何電壓反饋FDA來說都是正確的，而輸出噪聲和噪聲系數是使用ISL55210輸入點噪聲數字預測的。正常情況下，提高增益將降低以輸入為參考的噪聲，代價是帶寬減小，如同增加噪聲增益(V/V)的表現一樣。仍然使用圖1所示的5V/V增益設計，但刪除Rt元件并使用表3第一行的值，可以得到圖4所示的仿真電路。

圖4：增益為5V/V、輸入阻抗為50Ω、使用寬帶FDA的有源匹配電路。

當這個電路中的噪聲增益=3.5V/V時，這個4GHz增益帶寬器件將實現>1GHz的帶寬。雖然這里的仿真非常精確，但在寬范圍的增益和輸入阻抗下這個電路也可以方便地用ISL55210-ABEV1Z有源平衡不平衡評估板進行測試。

圖5：圖4所示仿真電路的Vout/Vin頻率響應曲線。

注意這種仿真有非常精細的刻度，圖中顯示從1MHz至1GHz范圍內0.3dB的滾降，其中低頻滾降取決于阻塞電容。一次最終檢查是查看輸入阻抗，確認共模反饋環路實際是否將14.3Ω Rg1轉換為接近50Ω的電路。如果電路工作正常，將圖4仿真電路修改為帶并聯50Ω電阻的電流源輸入，并用交流仿真探測輸入電壓，結果將接近25Ω。將這個數據整合進朝Rg1看的阻抗可以得到圖6。仿真得到的響應接近匹配期望的50Ω，并且隨著共模環路帶寬的滾降，更高頻率點的阻抗也更高。這種匹配在直到1GHz范圍內都超過34dB反射損耗——頻率遠高于以前的FDA。這個仿真結果非常匹配測量這個電路得到的輸入阻抗(參考文獻6)。

圖6：圖4采用電流源輸入時的輸入阻抗。

本文小結

在高動態范圍的信號處理設計中，寬帶FDA為單端轉換差分電路提供了有用的電路模塊。接地端接元件的閉環解決方案能夠用來方便地評估在這個元件和串聯電阻間分割成求和點時的折衷手段。增加Rt元件會減小其它電阻值(針對固定的目標輸入匹配和增益)，進而擴展帶寬并降低噪聲。在這個限制條件下，刪除Rt，同時只依賴于Rg1元件和共模環路來設置輸入阻抗可以幫助任何電壓反饋FDA實現最低的噪聲和最寬的帶寬響應。這種應用在使用具有非常高帶寬共模環路的FDA時性能最好。這種方法有可能用來替代射頻放大器的單端I/O+平衡不平衡解決方案，代之以這種有源平衡不平衡配置的ISL55210。與負載和源阻抗相隔離的平衡不平衡設計相比，這種設計有更多的好處。從本文提供的簡單設計公式可以看出只需改變4個電阻值，因此在輸入阻抗和增益方面有相當大的設計靈活性。