高性能零中頻和復(fù)合中頻接收器電路ADC的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

作為整個(gè)通信環(huán)節(jié)的重要組成部分，射頻前端如今正受到市場的高度關(guān)注。受5G通信對移動(dòng)終端需求和單機(jī)射頻芯片價(jià)值增長的雙重驅(qū)動(dòng)，射頻前端芯片行業(yè)的市場規(guī)模持續(xù)快速增長。根據(jù)YOLE的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年全球射頻前端芯片消費(fèi)量為96億個(gè)，預(yù)計(jì)未來隨著5G的不斷發(fā)展，2023年全球射頻前端芯片消費(fèi)量將增長至135億個(gè)。同時(shí)，根據(jù)QYRElectronicsResearchCenter的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從2010年至2018年全球射頻前端芯片市場規(guī)模以平均每年13%的速度增長，2018年達(dá)149.1億美元，2020年達(dá)到189.7美元，2023年達(dá)到313.1億美元，未來5年復(fù)合增速高達(dá)16%。

作為終端通信的基礎(chǔ)，射頻前端芯片發(fā)揮著無線通訊系統(tǒng)“接收機(jī)”和“發(fā)射機(jī)”的作用，通過對通訊信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、合路、過濾、消除干擾、放大，最終實(shí)現(xiàn)無線信號接收和發(fā)射。在射頻信號鏈中要優(yōu)化前置模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）信號，必須對平坦度、帶寬、阻抗和增益進(jìn)行取舍。射頻放大器作為射頻前端的核心器件，其對ADC信號的優(yōu)化起著關(guān)鍵性的作用，本文以ADI公司提供的全差分放大器ADL5580為例，解讀為與ADC的連接提供關(guān)鍵而又方便的解決方案設(shè)計(jì)思路。

ADL5580是一款高性能、單端或差分放大器，具有 10 dB 的電壓增益，并針對直流至 10.0 GHz 范圍的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。該放大器在很寬的頻率范圍內(nèi)，提供 2.24 nV/√Hz 的低折合到輸入 (RTI) 噪聲譜密度 (NSD)（在 1000 MHz 時(shí)），并針對失真性能進(jìn)行了優(yōu)化，因此是高速 12 位至 16 位ADC的理想驅(qū)動(dòng)器，非常適用于高性能、零中頻 (IF) 和復(fù)雜 IF 接收器設(shè)計(jì)。此外，ADL5580通過使用兩個(gè)外部串聯(lián)電阻，可以將差分輸入的 10 dB 增益選擇改為較低的增益值，因此可在 0.5 V 輸出共模電壓下，保持低失真，在高達(dá) 1.4 V p-p 的全部電平下，可以靈活驅(qū)動(dòng) ADC，例如對AD9213這類高速ADC實(shí)施直接終止?？梢哉f，該產(chǎn)品堪稱高速12位至16位 ADC的理想驅(qū)動(dòng)器。

5G時(shí)代的開啟，使得用戶端的通信設(shè)備更加輕薄小巧，這對射頻器件的體積、性能以及集成化提出了更高的要求，對射頻廠商也提出了更高的技術(shù)要求。射頻放大器的主要技術(shù)指標(biāo)體現(xiàn)在頻率范圍、增益、噪聲系數(shù)和回波損耗上目前市場選擇對于射頻放大器的考量主要在寬頻率范圍、線性O(shè)IP3性能、噪聲系數(shù)這些指標(biāo)上。射頻全差分放大器作為放大器里的細(xì)分類別，依靠高寬帶以及出色線性度和噪聲性能可取代射頻信號鏈中的無源平衡-非平衡變壓器和增益級。

ADI的這款全差分放大器 ADL5580采用 +5 V 和 -1.8 V 電源供電，正負(fù)電源電流典型值分別為 +276 mA 和 -224 mA。該產(chǎn)品具有電源禁用功能，當(dāng)電源禁用時(shí)，放大器消耗 2 mA 電流，同時(shí)還針對在直流至 10.0 GHz 頻率范圍內(nèi)的寬帶、低失真和低噪聲操作進(jìn)行了優(yōu)化。這些屬性與其可調(diào)的增益功能一起，使得該產(chǎn)品成為適合驅(qū)動(dòng)各種 ADC、混頻器、Pin 二極管衰減器、表面聲波 (SAW) 濾波器和多種離散射頻 (RF) 套件的首選。

值得一提的是，ADL5580采用了高速硅鍺 (SiGe) 工藝制造，采用緊湊式 4 mm x 4 mm 20 端子網(wǎng)格陣列封裝封裝。根據(jù)基站的要求，整個(gè)信號鏈可以用CMOS開發(fā)，或者更有可能的是，采用多種技術(shù)的混合開發(fā)，為信號鏈提供較佳性能。例如，一種常見的配置是使用具有高性能SiGe BiCMOS IF 到毫米波轉(zhuǎn)換的CMOS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

5G波束成型可采用多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體取決于系統(tǒng)需求。功率放大器技術(shù)的選擇基于綜合考慮所需的變送器功率、天線增益（元件數(shù)）和所選技術(shù)的RF發(fā)射器功率水平?？梢栽谇岸耸褂肐I-V技術(shù)（低集成方法）或使用基于硅的高集成方法，通過較少的天線元件來實(shí)現(xiàn)所需的EIRP。每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而實(shí)際的實(shí)現(xiàn)取決于工程在規(guī)模、重量、直流功耗和成本方面的權(quán)衡。

當(dāng)今，更高的數(shù)據(jù)傳輸速率推動(dòng)了對更高無線電信噪比的需求，這也意味著對射頻放大器而言更高線性度射頻組件需求。不僅在材料上各廠商開始尋找新替代品，在線性化技術(shù)上也通過增加采樣頻率和增大量化階數(shù)的辦法來抵消高階互調(diào)失真。ADI可以提供不同的組裝和工藝技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的射頻放大器，以提供各種集成功能，支持特定的操作模式，并提供優(yōu)化的性能特性，以滿足各種射頻信號鏈的設(shè)計(jì)。除此之外，ADI還憑借廣泛的RF、微波和毫米波解決方案的組合，以及深厚的系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)知識，能夠提供性能出色的產(chǎn)品及解決方案，以支持通信、測試和測量儀器、工業(yè)、航空航天和防務(wù)等應(yīng)用的。