高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一般對(duì)系統(tǒng)的性能有非常高的要求，而AD芯片的“前端”的輸入電路設(shè)計(jì)對(duì)ADC系統(tǒng)的的性能有非常大的影響。以下主要介紹了ADC芯片前端輸入使用放大器和變壓器各自的優(yōu)勢(shì)。

1、放大器和變壓器根本區(qū)別

如果必須保持直流（DC）電平，就必須使用放大器，因?yàn)樽儔浩魇枪谭糯笃魇怯性雌骷?，而變壓器是無(wú)源器件。放大器和其它所有的有源器件一樣，消耗功率并且產(chǎn)生噪聲；變壓器不消耗功率并且產(chǎn)生的噪聲可以忽略不計(jì)。有的交流（AC）器件。而當(dāng)信號(hào)的頻率很高而且ADC的輸入端不允許很大的附加噪聲時(shí)，變壓器具有超越放大器的最大性能優(yōu)勢(shì)。

變壓器和放大器在增益方面主要的區(qū)別在于ADC的輸入阻抗，它直接影響系統(tǒng)的帶寬。變壓器的輸入阻抗和輸出阻抗與匝數(shù)比的平方有關(guān)，而放大器的輸入阻抗和輸出阻抗與增益（G）根本無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)。如果設(shè)計(jì)要求為ADC的模擬輸入提供寬帶增益，那么放大器會(huì)提供優(yōu)于變壓器的匹配。

2、使用變壓器時(shí)的優(yōu)劣勢(shì)

（1）盡管電壓增益無(wú)噪聲，但是要考慮其它因素。變壓器可以簡(jiǎn)單地看作具有標(biāo)稱(chēng)增益的帶通濾波器。插入損耗是濾波器在規(guī)定頻率范圍內(nèi)的損耗，雖然它是產(chǎn)品使用說(shuō)明中最常見(jiàn)的測(cè)量技術(shù)指標(biāo)，但還要考慮其它指標(biāo)。

（2）回波損耗是指從變壓器的初級(jí)端看次級(jí)端有效阻抗不匹配特性的一種度量。例如，如果變壓器的次級(jí)線圈與初級(jí)線圈的匝數(shù)比的平方是2:1，那么我們預(yù)期當(dāng)次級(jí)端終止的阻抗為100 Ω時(shí)，反射到初級(jí)端的阻抗是50 Ω。然而，實(shí)際上不是嚴(yán)格符合這種關(guān)系；例如，反射到初級(jí)的阻抗會(huì)隨著頻率變化。一般地，隨著阻抗比率增加，回波損耗的變化程度也隨著增加。

（2）幅度失衡和相失衡是變壓器的重要特性。當(dāng)要求設(shè)計(jì)非常高的中頻時(shí)（高于100 MHz），設(shè)計(jì)工程師可以通過(guò)這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)預(yù)測(cè)非線性誤差的大小。隨著頻率的增高，變壓器的非線性誤差的也隨著增加，通常是相位失衡起主要影響作用，相位失衡會(huì)轉(zhuǎn)化為偶次諧波失真（主要是二次諧波）。

注：因?yàn)樽儔浩髦圃焐滩荒芏家韵嗤姆椒▉?lái)規(guī)定所有的變壓器指標(biāo)，所以技術(shù)指標(biāo)顯然相同的變壓器在相同情況下可能會(huì)表現(xiàn)出不同的性能。為你的設(shè)計(jì)方案選擇變壓器的最好方法是，收集和了解考慮到的所有變壓器指標(biāo)，向制造商索取在其產(chǎn)品技術(shù)資料中沒(méi)有給出的所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)。另外你可以使用網(wǎng)絡(luò)分析器自己測(cè)量變壓器的性能指標(biāo)，可能會(huì)有用。

3、使用放大器時(shí)的優(yōu)劣勢(shì)

（1）選用放大器代替變壓器的主要理由是為了獲得好的通帶平坦性。如果這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)你的設(shè)計(jì)方案來(lái)說(shuō)很關(guān)鍵，那么放大器在規(guī)定頻率范圍內(nèi)的波動(dòng)會(huì)小一些，通常為±0.1 dB。變壓器的頻率響應(yīng)波動(dòng)會(huì)小一些，當(dāng)必須使用變壓器時(shí)要求“精細(xì)調(diào)整”，所以平坦性是一個(gè)問(wèn)題。

（2）放大器的驅(qū)動(dòng)能力是它的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。變壓器不能驅(qū)動(dòng)PCB板上很長(zhǎng)的印制線。變壓器用來(lái)直接連接到ADC。如果系統(tǒng)要求把驅(qū)動(dòng)器或耦合器安裝在遠(yuǎn)離ADC處，或者另外一塊PCB板上，那么我們強(qiáng)烈推薦使用放大器。

（3）直流耦合特性也是使用放大器的一個(gè)原因，因?yàn)樽儔浩魇枪逃械慕涣黢詈掀骷Ｈ绻绷黝l段在應(yīng)用中很重要，可選擇放大器，因?yàn)橛行└哳l放大器可以耦合一直到直流的頻率。

（4）放大器還可以提供動(dòng)態(tài)隔離（大約為30 dB～40 dB的反向隔離）以抑制無(wú)緩沖ADC輸入端的瞬態(tài)電流產(chǎn)生的尖峰毛刺。

（5）另外要考慮帶寬與噪聲的折衷。如果采用的頻率高于150MHz，變壓器在保持SNR和SFDR方面會(huì)做得更好一些。然而，如果工作在第一奈奎斯特區(qū)或第二奈奎斯特區(qū)，那么變壓器或放大器都可以使用。

4、綜上所述高性能ADC前端電路使用放大器和變壓器各個(gè)參數(shù)優(yōu)勢(shì)對(duì)比

注：在有多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生沖突的應(yīng)用中，要做進(jìn)一步分析和權(quán)衡。

5、設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的參數(shù)含義：

（1）輸入阻抗是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特性阻抗。大多數(shù)情況下輸入阻抗為50Ω，但可能會(huì)要求其它取值。變壓器是具有很好互阻性能的器件。變壓器允許用戶根據(jù)需要耦合不同特性阻抗并且充分平衡系統(tǒng)的總負(fù)載。在一個(gè)放大器的電路里，阻抗被定義為輸入阻抗和輸出阻抗，放大器的阻抗特性不像變壓器那樣隨頻率變化。

（2）電壓駐波比（VSWR）是一項(xiàng)無(wú)量綱參數(shù)，用來(lái)表示在有用帶寬內(nèi)輸入功率反射到負(fù)載上的比率。當(dāng)負(fù)載ADC達(dá)到滿度輸入時(shí)，VSWR是一項(xiàng)用來(lái)確定所需要的輸入驅(qū)動(dòng)能力的重要參數(shù)。

（3）帶寬是在系統(tǒng)中使用的頻率范圍。帶寬可寬可窄，可僅覆蓋基帶或者覆蓋多個(gè)奈奎斯特區(qū)。帶寬的邊界通常限制在其最大幅度衰減-3dB處對(duì)應(yīng)的頻率。

（4）通帶平坦度（或者增益均勻性）指在規(guī)定帶寬內(nèi)增益響應(yīng)隨頻率變化量（包括正波動(dòng)和負(fù)波動(dòng)）。它可能會(huì)表現(xiàn)為波動(dòng)，或者像Butterworth濾波器那樣簡(jiǎn)單單調(diào)地下降。不管是哪一種情況，通常要求通帶平坦度小于或等于1 dB，這對(duì)于穩(wěn)定總系統(tǒng)增益至關(guān)重要。

（5）輸入驅(qū)動(dòng)能力是由特定應(yīng)用需要的系統(tǒng)增益決定。輸入驅(qū)動(dòng)能力與帶寬指標(biāo)密切相關(guān)，并且依賴(lài)于所選擇的前端元件，例如濾波器、放大器或者變壓器。它們的特性是使輸入驅(qū)動(dòng)能力最難達(dá)到要求水平的原因之一。

（6）信噪比（SNR）是在給定帶寬內(nèi)，滿度信號(hào)的有效值與全部噪聲分量平方和的平方根（RSS）的對(duì)數(shù)比，但是不包括失真分量。從前端方面來(lái)看，SNR會(huì)隨著帶寬、時(shí)鐘抖動(dòng)和增益的增加而降低（在高增益情況下，放大器在低增益時(shí)可能被忽略的噪聲分量會(huì)產(chǎn)生明顯作用）。

（7）無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）是滿度值的有效值與最大雜散頻譜分量的有效值之比。前端雜散有兩大危害，一個(gè)是造成放大器的非線性（或者使變壓器造成不理想平衡），它主要產(chǎn)生二次諧波失真；另一個(gè)是輸入失配并且按照一定的增益放大這種失配（在高增益情況下，失配更加嚴(yán)重，并且放大寄生非線性作用），通常將這種情況看作三次諧波失真。

編輯：jq