采用抗混疊濾波器的高性能、12位、500 MSPS寬帶接收機(jī)

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1所示電路是基于超低噪聲差分放大器驅(qū)動(dòng)器ADA4960-1和12位、500 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9434的寬帶接收機(jī)前端。

三階巴特沃茲抗混疊濾波器基于放大器和ADC的性能和接口要求而優(yōu)化。由濾波器網(wǎng)絡(luò)、變壓器和其他阻性元件引起的總插入損耗僅為1.2 dB。

整體電路帶寬為290 MHz，通帶平坦度為1 dB。在140 MHz模擬輸入下測(cè)得的SNR和SFDR分別為64.1 dBFS和70.4 dBc。

圖1. 12位、500 MSPS寬帶接收機(jī)前端（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）增益、損耗和信號(hào)電平10 MHz下測(cè)得值

電路描述

該電路接受單端輸入并使用寬帶寬(3 GHz) M/A-COM ECT1- 1-13M 1:1變壓器將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。5 GHzADA4960-1差分放大器的差分輸入阻抗為10 kΩ。通過選擇外部增益設(shè)置電阻RG，增益可在0 dB至18 dB范圍內(nèi)調(diào)整。差分輸出阻抗為150 Ω。

ADA4960-1是AD9434的理想驅(qū)動(dòng)器，通過低通濾波器可在ADC中實(shí)現(xiàn)全差分架構(gòu)，提供良好的高頻共模抑制，同時(shí)將二階失真產(chǎn)物降至最低。ADA4960-1根據(jù)外部增益電阻提供0 dB至18 dB的增益。此電路中，使用3.4 dB增益補(bǔ)償濾波器網(wǎng)絡(luò)(1.1 dB)和變壓器(0.1 dB)的插入損耗，從而提供2.3 dB的總信號(hào)增益。約5.4 dBm的輸入信號(hào)在ADC輸入端產(chǎn)生滿量程1.5 V p-p差分信號(hào)。

抗混疊濾波器是采用標(biāo)準(zhǔn)濾波器設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)出的三階巴特沃茲濾波器。選擇巴特沃茲濾波器是因?yàn)樗谕◣?nèi)具有平坦響應(yīng)。三階濾波器產(chǎn)生1.05的交流噪聲帶寬比，可借助多種免費(fèi)濾波器程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如Nuhertz Technologies Filter Free (hwww.nuhertz/filter)或Quite Universal Circuit Simulator (Qucs) Free Simulation (www.qucs.sourceforge.net)。

為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，ADA4960-1應(yīng)載入100 Ω的凈差分負(fù)載。5 Ω串聯(lián)電阻將濾波器電容與放大器輸出隔離開，62 Ω電阻與下游阻抗并聯(lián)，當(dāng)加入10 Ω串聯(lián)電阻時(shí)可產(chǎn)生101 Ω的凈負(fù)載阻抗。

5 Ω電阻與ADC輸入串聯(lián)，將內(nèi)部開關(guān)瞬變與濾波器和放大器隔離開。511 Ω電阻與ADC并聯(lián)，用于降低ADC的輸入阻抗，使性能更具可預(yù)測(cè)性。

三階巴特沃茲濾波器采用70 Ω的源阻抗、338 Ω的負(fù)載阻抗和360 MHz的3 dB帶寬設(shè)計(jì)而成。程序計(jì)算出的值如圖2所示。

圖2. 三階差分巴特沃茲濾波器設(shè)計(jì)，ZS = 70 Ω，ZL = 338 Ω，FC = 360 MHz

為濾波器無源元件選擇的值是最接近程序生成值的標(biāo)準(zhǔn)值。

將ADC的內(nèi)部1.3 pF電容從第二分流電容值(10.01 pF)減去，獲得值8.71 pF。本電路中，該電容使用兩個(gè)18 pF接地電容來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。這樣既能提供相同的濾波效應(yīng)，又能得到一定的交流共模抑制。

表1總結(jié)了系統(tǒng)的測(cè)量性能，其中3 dB帶寬為290 MHz。網(wǎng)絡(luò)的總插入損耗約為1.1 dB。圖3所示為帶寬響應(yīng)；圖4所示為SNR和SFDR性能。

圖3. 通帶平坦度性能與頻率的關(guān)系

圖4. SNR/SFDR性能與頻率的關(guān)系