模拟对话51-12，2017年12月
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利用采样保持放大器和RF ADC从根本上
扩展带宽以突破X波段频率
作者：Rob Reeder
analog.com/cn/analogdialogue
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摘要
模拟带宽的重要性高于其他一切在越来越多的应用中得到体现。
随着GSPS或RF ADC的出现，奈奎斯特域在短短几年内增长了10倍，
达到多GHz范围。这帮助上述应用进一步拓宽了视野，但为了达到X
波 段（ 12 GHz频率），仍然需要更多带宽。在信号链中运用采样保持
放大器 (THA)，可以从根本上扩展带宽，使其远远超出ADC采样带宽，
满足苛刻高带宽的应用的需求。本文将证明，针对RF市场开发的最
新转换器前增加一个THA，便 可 实 现 超 过 10 GHz带宽。
简介
GSPS转换器是当下热门，其优势在于既能缩短RF信 号 链 ，又 能 在
FPGA中创建更多资源结构以供使用，例如：减少前端的下变频以
及后级的数字下变频器 (DDC)。但相当多的应用仍然需要高频率的
原始模拟带宽 (BW)，其 远 远 超 出 了 RF转换器所能实现的水平。在
此类应用中，特别是在国防与仪器仪表行业（无线基础设施也一
样），仍然有将带宽完全扩展到10 G Hz或以上的需求，覆盖范围超
出C波 段 ，越 来 越 多 的 应 用 需 要 覆 盖 到 X波 段 。随 着 高 速 ADC技术
的 进 步 ，人 们 对 GHz区域内高速精确地分辨超高中频 (IF) 的需求也
在 提 高 ，基 带 奈 奎 斯 特 域 已 超 过 1 GHz并迅速攀升。这一说法到本
文发表的时候可能即已过时，因为这方面的发展非常迅猛。
这带来了两大挑战：一个是转换器设计本身，另一个是将信号耦
合到转换器的前端设计，例如放大器、巴伦和PCB设 计 。转 换 器 性
能越出色，就对前端信号质量要求更高。越来越多的应用要求使
用分辨率在8到14位的高速GSPS转 换 器 ，然 而 前 端 的 信 号 质 量 成
为了瓶颈—系统的短板决定了整个项目的指标。
本文定义的宽带是指使用大于数百MHz的 信 号 带 宽 ，其 频 率 范 围
为DC附近至5 GHz-10 GHz区 域 。本 文 将 讨 论 宽 带 THA或有源采样网
络的使用，目的是实现直至无穷大的带宽（抱歉，现在还没有玩具
总动员表情符号可用），并着重介绍其背景理论，该理论支持扩展
RF ADC的带宽，而RF ADC单 凭 自 身 可 能 没 有 此 能 力 。最 后 ，本 文 将
说明一些考虑因素和优化技术，以帮助设计人员实现超宽带应用
切实可行的宽带解决方案。
打好基础
对于雷达、仪器仪表和通信应用，高GSPS转换器应用得非常广泛，
因为它能提供更宽的频谱以扩展系统频率范围。然而，更宽的频
谱对ADC本身的内部采样保持器提出了更多挑战，因为它通常未针
对超宽带操作进行优化，而且ADC一般带宽有限，在这些更高模
拟带宽区域中其高频线性度/SFDR会下降。
因 此 ，在 ADC前面使用单独的THA来拓展模拟带宽成为了一个理想
的解决方案，如此便可在某一精确时刻对频率非常高的模拟/RF
输入信号进行采样。该过程通过一个低抖动采样器实现信号采样，
并在更宽带宽范围内降低了ADC的动态线性度要求，因为采样率
RF模数转换过程中保持不变。
这种方案带来的好处显而易见：模拟输入带宽从根本上得以扩展，
高 频 线 性 度 显 著 改 善 ，并 且 与 单 独 的 RF ADC性能相比，THA-ADC组
件的高频SNR得到改进。
THA特性及概述
ADI的THA系列产品可以在18 G H z带宽范围内提供精密信号采样，
在DC至超过10 G Hz的输入频率范围内具有9到10位线性度、1.05 mV
噪声和<70 fs的随机孔径抖动性能。该器件可以4 GSPS工 作 ，动 态
范围损失极小，具体型号包括HMC661和H M C1061。这 些 跟 踪 保 持
放大器可用于扩展高速模数转换和信号采集系统的带宽和/或高
频线性度。
资源评论
