【導讀】傳統(tǒng)的射頻 (RF) 發(fā)送信號鏈通常使用數(shù)模轉換器 (DAC) 來生成基帶信號。然后，使用射頻混頻器和本地振蕩器將此信號上變頻為所需的射頻頻率。射頻 DAC 技術取得進步，現(xiàn)在允許直接以所需的射頻頻率生成信號，從而顯著簡化射頻發(fā)送信號鏈的設計和復雜性。
傳統(tǒng)的射頻 (RF) 發(fā)送信號鏈通常使用數(shù)模轉換器 (DAC) 來生成基帶信號。然后，使用射頻混頻器和本地振蕩器將此信號上變頻為所需的射頻頻率。射頻 DAC 技術取得進步，現(xiàn)在允許直接以所需的射頻頻率生成信號，從而顯著簡化射頻發(fā)送信號鏈的設計和復雜性。
高頻射頻 DAC 具有平衡差分輸出，而射頻發(fā)送鏈和天線為單端。過去，射頻工程師使用兩種器件（即無源平衡-非平衡變壓器和中間級射頻增益塊）來執(zhí)行差分至單端 (D2S) 轉換并提高射頻信號的功率。但是，無源平衡-非平衡變壓器具有多種局限性，包括印刷電路板 (PCB) 尺寸大、插入損耗高、匹配不良、增益以及需要在寬帶寬范圍內(nèi)運行時相位不平衡。此外，射頻無源平衡-非平衡變壓器也無法支持直流或近直流運行。
D2S 射頻放大器是一款單片器件，能夠將差分信號轉換為單端信號，并在寬帶寬范圍內(nèi)提供增益。本文概述了使用 D2S 射頻放大器相對于傳統(tǒng)無源平衡-非平衡變壓器和射頻增益塊方法的優(yōu)勢。
圖 1展示了用作 DAC 緩沖器和功率放大器 (PA) 前置驅動器的TRF1108 D2S 射頻放大器。
圖 1：簡化的射頻發(fā)送器信號鏈，其中顯示了用作 DAC 緩沖器和 PA 前置驅動器的 TRF1108 差分轉單端射頻放大器
4mm2 封裝內(nèi)的差分至單端轉換和增益
在射頻 DAC 輸出端執(zhí)行 D2S 轉換的無源平衡-非平衡變壓器通常體積龐大且成本高昂，尤其是在需要寬帶時。無源平衡-非平衡變壓器的大尺寸增加了 PCB 面積，并導致 PCB 布線較長，從而限制了射頻性能，尤其是在與多通道射頻 DAC 配合使用時。此外，寬帶無源平衡-非平衡變壓器還具有高插入損耗，因此需要高性能射頻增益塊來補償信號功率損耗。
TRF1108 D2S 射頻放大器是一款執(zhí)行 D2S 轉換并提供增益的單片器件。D2S 射頻放大器的帶寬涵蓋直流至 12GHz 的范圍，可用于從直流到數(shù)千兆赫茲的寬帶 DAC 緩沖器應用。TRF1108 具有僅 2mm x 2mm 的微型 PCB 尺寸，可減小 PCB 面積，從而縮短布線，并提高射頻性能。
圖 2所示為 TRF1108 的 2mm x 2mm PCB 尺寸，減小了所需的 PCB 面積，從而在 TRF1108 DAC39RF10 評估模塊上縮短了布線并提高了射頻性能。
圖 2：TRF1108 DAC39RF10 評估模塊 (TRF1108-DAC39RFEVM)
高密度用例示例
雷達系統(tǒng)設計人員根據(jù)所需的距離、分辨率和天線尺寸選擇工作頻率。具有寬帶寬覆蓋范圍的射頻 DAC 與 D2S 射頻放大器相結合，只需對射頻發(fā)送信號鏈進行極小的更改，即可針對不同頻帶應用進行硬件設計重用。
將射頻 DAC 和 D2S 射頻放大器相結合，能夠為采用數(shù)字波束形成的高密度相控陣雷達應用帶來諸多優(yōu)勢。在這些應用中，多個 DAC 輸出連接到大量天線，每根天線相對于彼此發(fā)送一個相移射頻信號。多通道射頻采樣 DAC 和收發(fā)器在單個裸片和封裝內(nèi)集成了多個 DAC。這種集成有助于簡化系統(tǒng)設計、縮小硬件尺寸并降低復雜性。但是，需要使用一個小型高性能 D2S 射頻放大器才能有效利用由這些多通道射頻 DAC 實現(xiàn)的盡可能高的密度。
匹配的輸入和輸出
過去與射頻 DAC 配合使用的寬帶無源平衡-非平衡變壓器很難保持良好的輸入和輸出回波損耗，而且回波損耗也對輸入和輸出終端阻抗敏感。這種敏感性會導致相關射頻頻帶范圍內(nèi)的阻抗變化，從而使發(fā)送的信號產(chǎn)生不必要的增益變化。TRF1108 的差分輸入具有 100Ω 的阻抗匹配。TRF1108 的單端輸出具有 50Ω 的寬帶匹配，從而改善回波損耗，并在寬射頻帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生非常平坦的通帶響應（請參閱圖 3）。
圖 4突出顯示了TRF1108與射頻 DAC 結合使用時匹配輸入和輸出如何在 100MHz 至 8GHz 范圍內(nèi)產(chǎn)生平坦的通帶響應。
圖3：史密斯圓圖上的 TRF1108 輸入和輸出 S 參數(shù)
圖 4：TRF1108 DAC39RF10 在 100MHz 至 8GHz 范圍內(nèi)的頻率響應
性能優(yōu)化
寬帶無源射頻平衡-非平衡變壓器具有高插入損耗，因此會降低射頻 DAC 的最大信號功率電平。為了補償插入損耗并提高射頻信號的功率電平，在無源平衡-非平衡變壓器之后需要一個單端高性能射頻增益塊。單端射頻增益塊的二階非線性性能通常較差，當信號帶寬涵蓋多倍頻程時，無法濾除產(chǎn)生的失真。此外，寬帶平衡-非平衡變壓器較差的增益和相位不平衡也會導致進一步的不平衡，從而降低射頻信號的二階非線性性能。
TRF1108等 D2S 射頻放大器采用了反饋技術，有助于提高增益和相位不平衡性能。與單端射頻增益塊相比，輸入的差分特性可改善二階失真。TRF1108 D2S 射頻放大器為多倍頻程射頻發(fā)送應用提供了改進的二階非線性性能。
結語
射頻 DAC 的技術進步使得雷達、軟件定義無線電以及射頻測試和測量設備領域實現(xiàn)了靈活的寬帶射頻應用。通過在多通道 DAC 和射頻采樣收發(fā)器中集成多個射頻 DAC，簡化了發(fā)送信號鏈設計，并減少了在多發(fā)送射頻和相控陣應用中對大面積 PCB 的需求。
像TRF1108這樣的 D2S 射頻放大器可以提供直流至 12GHz 范圍的射頻信號帶寬。它們可以補償射頻 DAC 的寬射頻帶寬和性能。TRF1108 是一款單芯片 D2S 射頻放大器，改進了傳統(tǒng)無源平衡-非平衡變壓器和射頻增益塊。它的 PCB 面積更小，射頻布線長度更短，匹配更好，性能更強。因此，可以實現(xiàn)更高的密度、更好的性能和靈活的射頻發(fā)送設計。
其他資源
有關 D2S 射頻放大器的更多技術信息，請查看應用手冊《TRF1208/TRF1108 具有 Xilinx RFSoC 數(shù)據(jù)轉換器的有源平衡-非平衡變壓器接口》。
閱讀我們的模擬設計期刊文章“平衡-非平衡變壓器對于射頻 DAC 二次諧波的影響”。
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