AD采样电路中巴伦匝数比的选择

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1、AD信号采样电路分析

AD信号前端采样电路如图1所示：

图1 AD信号前端采样电路

其中L13与C202为射频信道故障检测信号，不影响信号采集部分。

只看信号采集电路，巴伦后端的阻容配置都是可以根据手册来选择的，但是巴伦的匝数比，手册里一般不会给出。

2、巴伦匝数比、参考电压与AD满幅之间的关系

首先我们做一组测试。分别使用AD9650和AD9653两种芯片，巴伦匝数比为1:2，改变参考电压，观察AD达到满幅度时信号源输出的功率。其结果如表1所示：

根据理想情况，设参考电压为V_ref，则AD的满量程为峰峰值2xV_ref。若V_ref=1.0V，那么AD的满量程应该为峰峰值2V，

即信号源输出功率为10dBm。但是根据上表给出的实验数据，可以发现并不满足该情况。

实际情况是，若想让AD达到满幅时，信号源输出功率为10dBm，则需要将参考电压设置为1.3V左右。

通过实验条件，很容易猜到是巴伦的匝数比为1:2才导致的这个现象。

接下来使用AD9650做另一组测试。将巴伦的匝数比改为1:1，同样使用两种参考电压，察AD达到满幅度时信号源输出的功率。其结果如表2所示：

通过比对两表中的数据，可以发现巴伦的匝数比确实可以影响AD满幅时信号源输出的功率大小。

匝数比为1:1的巴伦，信号源输出在传输中损失0.7dB，最终到达AD使AD满幅，此时满幅值正好为10dBm。

3、巴伦匝数比与AD噪声系数之间的关系

图2为AD信号采集电路的等效电路：

图2  AD信号采集等效电路

上图中，R为源的内阻，一般为50Ω。R’为差分传输线路中的阻抗。R_IN为ADC的差分输入阻抗，R₀为匹配电阻。

在一般的应用中，为保证巴伦能够最大效率的传输能量，要对其原副边做阻抗匹配。以AD9653采样电路为例：

巴伦原边输入阻抗为50Ω，设理想巴伦匝数比为N，原副边功率相等，则副边阻抗应为：

R’=N²R

也就是说，如果使用1:1的巴伦，副边阻抗也要为50Ω。根据手册，AD9653的差分输入阻抗为2.6kΩ，因此R₀=50.98Ω。

如果使用1:2的巴伦，副边阻抗为200Ω，因此R₀=216.67Ω。

但是在实际应用中，其实不需要做阻抗匹配。其原因有两点：

① 现在大部分高速AD都为电压驱动型，其差分输入阻抗均在kΩ级，像AD9650的差分输入阻抗有26kΩ，

因此不需要做阻抗匹配来驱动后级。在不做匹配的情况下，巴伦的副边可以看做开路，因此AD也能够采到正确的值。

② 通过增加R₀进行阻抗匹配，实际上也是增加了副边的热噪声。因此匹配之后的AD噪声系数要高于不做匹配的。

在使用AD9650时做了实际测试，也验证了这一点。实验数据如表3所示：

表3 阻抗匹配与否的级联噪声系数

巴伦可以为电路提供无噪声增益，匝数比为1:2的巴伦可以提供6dB增益。

根据噪声系数的定义，噪声系数可以表示为输入端信噪比与输出端信噪比的比值（用dB表示）。使用1:2的巴伦可以减少6dB的噪声系数。

那么为了在使用1:2的巴伦是AD不会过早的达到满幅度，就需要根据最开始所说的要选好参考电压。

对于AD9650可以用外部1.25V参考或内部1.35V参考，对于AD9653可以用外部1.25V参考或内部自定义参考。

从而保证信号源输出功率为10dBm时，AD刚好达到满幅。

但是提高参考电压后，相当于减少增益，因此在实际应用中，使用1:2的巴伦仅能降低4dB左右的噪声系数。

不难看出，如果使用1:1的巴伦，然后降低参考电压，也是能提高6dB增益的。

但是巴伦引入的是无噪声增益，而使用降低参考电压的方式，在带来增益的同时也会引入更多的开关噪声。

所以使用1:1的巴伦，AD的噪声系数要比1:2的巴伦要高。通过对AD9653的测试可以验证这一点。测试数据如表4所示：

但是，一味的增加巴伦的匝数比并不能为系统带来更好的效果。

首先，增加匝数比就要提高AD的参考电压，而我们目前使用的AD芯片的参考电压最高仅到1.35V，

使用更高匝数比的巴伦反而会增加噪声系数，而且动态范围会降低。

其次，匝数更多的巴伦其频率响应曲线更加不平坦，因此在使用时还会降低输出平坦度。因此在实际选用时，要根据实际情况来进行选择。