平衡-不平衡變壓器常用于將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，其可在不增加噪聲的同時保持優(yōu)良的失真指標。用于高速、差分輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的驅(qū)動器電路就是一個常見的例子。

你有沒有考慮過采用差分放大器來替代 RF/IF 信號鏈路中的平衡-不平衡變壓器呢？如果沒有，那么你應該考慮一下。雖然它們并不適用于所有的應用，但是全差分放大器 （FDA） 提供了一些優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的長處。

這里我們列出8個問題，通過回答這些問題可幫助你確定最適合你的設(shè)計的是平衡-不平衡變壓器還是FDA。

1。你的應用需要 DC 去耦嗎？

平衡-不平衡變壓器始終只進行AC去耦。假如你的應用需要DC去耦，那么最佳的選擇是采用支持DC去耦的FDA。

2。你的應用存在空間上的限制嗎？

FDA是集成電路。因此，與平衡-不平衡變壓器相比，F(xiàn)DA的設(shè)計、制造和封裝其占板面積和高度要小得多。作為占板面積分析的一部分，你還應當考慮到這樣一點：在某些場合中單個 FDA 能夠完成兩個大得多的采用背對背配置（以降低偶次諧波失真）的平衡-不平衡變壓器所承擔的任務。

3。你的信號路徑在接收器中的這一級上需要功率增益嗎？

平衡-不平衡變壓器不能提供功率增益。而且，當提供電壓增益時，它們在升壓型電壓配置（采用匝數(shù)比來產(chǎn)生電壓增益）中受制于系統(tǒng)的阻抗。這就使得難以在使用所需的濾波器阻抗的同時獲得期望的匝數(shù)比電壓增益。事實上，平衡-不平衡變壓器往往具有插入損耗。FDA 在阻抗變換中提供了真正的信號增益和靈活性。

4。ADC和/或濾波器需要緩沖嗎？

平衡-不平衡變壓器不能對來自電源的阻抗進行緩沖。在存在來自ADC輸入采樣/保持電路的回踢干擾能量、或者也許所選的濾波器即將引起負載難題的場合，這一點特別有意義。FDA提供了此類優(yōu)勢，從而使你能夠靈活地針對所需的確切電壓增益進行電路的配置，同時驅(qū)動所選的阻抗并緩沖來自電源的負載。

5。你是否關(guān)心放大器中的轉(zhuǎn)換速率呢？

盡管平衡-不平衡變壓器通常不會對轉(zhuǎn)換速率施加很大的限制，但是差分放大器同樣無須限制轉(zhuǎn)換速率。LMH5401FDA能夠支持大于17，500V/μs的轉(zhuǎn)換速率和80 ps的上升時間。

6。你是否因為平衡-不平衡變壓器是無源組件就認為它是適合你系統(tǒng)的最佳選擇呢？

雖然平衡-不平衡變壓器是無源組件且不消耗功率，但是由于位于ADC之前的下變頻接收器和濾波器中的信號損耗、甚至是平衡-不平衡變壓器自身中的損耗，導致在許多情況下都需要布設(shè)一個IF增益級。FDA將提供你所需要的IF增益，并有可能免除平衡-不平衡變壓器。

7。FDA會增加噪聲嗎？

相比于平衡-不平衡變壓器，使用FDA將增加信號路徑的噪聲，但是在很多場合中無論如何你都需要一個IF放大器。通常，RF LNA將設(shè)定噪聲性能。

8。FDA會限制失真性能嗎？

許多設(shè)計人員都偏愛使用平衡-不平衡變壓器，因為他們認為其失真性能優(yōu)于放大器。在非常高的頻率下（＞＞1 GHz）這或許是正確的，但是諸如TI等放大器制造商則提供了在很多常用頻率下（尤其是在DC至1GHz的頻率范圍內(nèi)）擁有優(yōu)于平衡-不平衡變壓器的幅度平衡和失真指標的FDA。

比如，我們的LMH5401 FDA可在100MHz頻率下提供＞60dBc的平衡誤差，而在1 GHz頻率下則接近50dBc。這提供了大約100dBc（在100 MHz）和大約60dBc（在1 GHz）的諧波失真。請參見圖1，以了解有關(guān)幅度平衡誤差的更多詳情。

圖 1：LMH5401 在執(zhí)行單端至差分轉(zhuǎn)換時的平衡誤差

粗略地講，LM5401和LM3401擁有驅(qū)動16位ADC（在高達約300 MHz）、14 位ADC（在高達約500 MHz）、12位ADC（在高達約1 GHz）、以及8位和10 位ADC（在高達2GHz）所必需的失真性能。

所以，總的說來，F(xiàn)DA可在單顆芯片內(nèi)集成兩種或三種功能―IF放大器及一個或兩個平衡-不平衡變壓器―同時改善IF放大性能并實現(xiàn)低功耗、較小的尺寸、較高的帶寬和卓越的失真指標。這一點即使在單端至差分配置中也不例外。

圖2顯示出了一款采用“有源平衡-不平衡變壓器”配置的典型應用電路，其由LMH5401 FDA 在一個GSPS ADC（比如：12 位、4 GSPS RF采樣 ADC12J4000）之前提供增益、緩沖和單端至差分轉(zhuǎn)換。

圖2：顯示有源平衡-不平衡變壓器配置的LMH5401應用電路

下表給出了平衡-不平衡變壓器和FDA的某些優(yōu)缺點的快速參考。

平衡-不平衡變壓器全差分放大器

尺寸大尺寸（大多數(shù)都大于 20 mm2）

高度（大多數(shù)都大于 3 mm）小尺寸（LMH3401 為 6.35 mm2）

高度（LMH3401 小于 0.6 mm）

DC 耦合不適用支持

頻率響應具有大的插入損耗并隨頻率而變化極小的插入損耗，而且在整個頻率范圍內(nèi)更加恒定

功率增益無功率增益

－ 阻抗匹配與電壓 / 電流增益相關(guān)可提供功率增益

－ 阻抗匹配與增益無關(guān)

緩沖無緩沖

－ 濾波器受影響：負載與濾波器阻抗相互影響

－ 無反向隔離有緩沖

－ 濾波器阻抗靈活：可使負載免受濾波器的影響

－ 反向隔離：可隔離 ADC 輸入級干擾

失真無失真規(guī)格

幅度平衡指標較差更好的失真規(guī)格

更好的幅度平衡

噪聲噪聲較小增加了噪聲

溫度范圍有限的“規(guī)格指標與溫度的關(guān)系”

在整個溫度范圍內(nèi)增益變化很大確定的“規(guī)格指標與溫度的關(guān)系”

在整個溫度范圍內(nèi)增益變化很小

可靠性由于機械構(gòu)造的原因（比如：飛行過程中的振動）而不太可靠由于采用單片式實現(xiàn)方案，因而具有高可靠性

模型設(shè)計模型極少通常提供 SPICE 和 ADS 模型

所以，當下一次你需要驅(qū)動一個高速、差分輸入ADC時，務必考慮采用諸如LMH3401或LMH401等FDA。對于1 GHz以下的許多應用來說，F(xiàn)DA不僅將縮短你的物料清單，而且還可提供較寬的帶寬支持、較小的尺寸、DC耦合及簡化的設(shè)計。