原创 RF变压器(原创)

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输出电流型DAC双端输出变单端输出要用一个变压器进行转换，如下图AD9744

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这样用变压器把双端电流输出变为单端输出的好处是能很好地抑制共模失真和噪声，并且能有很好的电隔离和是单端的两倍的负载功率。不同的阻抗比率（阻抗比是匝数比的平方）能在不同目的的应用阻抗中相匹配。

当选择一个驱动具体ADC（或DAC）的变压器时应该考虑的几个关键参数是插入损耗、回波损耗、幅度失衡和相位失衡。其中插入损耗表征变压器的带宽能力。回波损耗用于允许用户设计匹配变压器在某个特定频率或频段响应的终端——特别在使用匝数比大于1的变压器时尤为重要。

插入损耗(Insertion Loss)：插入损耗定义为输出端口的功率与输入端口功率之比，以dB为单位。定义为：
IL=-10log(P_o/P_i)    插入损耗=-10log[(输出功率)/(输入功率)]
式中：
P_i—→输入到输入端口的功率, 单位为mw；
P_o—→输出端口接收到的功率,单位为mw。

插入损耗多指功率方面的损失，衰减是指信号电压的幅度相对原信号幅度的变小。

插入损耗与衰减的区别：譬如对一个理想无损耗的变压器，原副边端电压可以不一样，假如副边电压是原边电压的1/2，我们可以说电压经变压器衰减了，但幅度衰减不一定意味着功率也受到损失；理想变压器无损耗，即插入损耗为零。插入损耗的概念一般用在滤波器中，表示使用了该滤波器和没使用前信号功率的损失。

回波损耗（Input Return Loss）（反射损耗）：当高速信号到达传输线路的终端时，如果传输线路没有很好地端接，部分信号能量将会向发送器反射。该反射信号与原始信号混合，这将导致原始信号失真，接收器很难正确恢复时钟和数据。
   

回波损耗是表示信号反射性能的参数。回波损耗说明入射功率的一部分被反射回到信号源。回波损耗表示的是反射信号的相对大小，同时也反映了传输线路终端的匹配度或者说失配度。例如，如果注入1mW (0dBm)功率给放大器其中10%被反射(反弹)回来，回波损耗就是10dB。定义：

回波损耗=-10 log [(反射功率)/(入射功率)]

相关定义可以参考：

英文维基百科—Return loss  http://en.wikipedia.org/wiki/Return_loss

插入损耗越小越好；回波损耗越大越好，回波损耗越大，反射到输入端的反射功率越少。下面是mini-Circuits公司的RF变压器（RF Transformer）T1-1T的插入损耗和回波损耗的参数。

                                             TI-1T DataSheet

幅度失衡和相位失衡是变压器的重要特性。当要求设计非常高的中频时（高于100 MHz），设计工程师可以通过这两项技术指标预测非线性误差的大小。随着频率的增高，变压器的非线性误差的也随着增加，通常是相位失衡起主要影响作用，相位失衡会转化为偶次谐波失真（主要是二次谐波）。

关于幅度失衡和相位失衡的分析可以参考ADI的文章：

当使用双变压器配置时宽带ADC前端设计考虑

（a）谐波与幅度失衡的关系曲线

(b)谐波与相位失衡的关系曲线

由以上两图可以看出(a)三次谐波对于幅度失衡和相位失衡相对不敏感，（b）二次谐波对于相位失衡比幅度失衡恶化得快。因此，为了改善ADC（DAC输出）的性能，需要改进引起相位失衡的变压器配置。

图c和图d示出两种可行的配置，第一种是双不平衡变压器，第二种是双变压器。

 (c)双不平衡变压器

（d）双变压器配置

我们使用专用特性鉴定板上的向量网络分析器比较这两种配置的失衡。图e和图f比较了使用单变压器情况下这两种配置的幅度和相位失衡。

(e)1 MHz~1000 MHz的幅度失衡

(f)1 MHz~1000 MHz的相位失衡

上图清楚地表明双变压器配置以稍微降低幅度失衡为代价改善了相位失衡。因此，利用以上分析结果很明显地看出可利用双变压器配置来提高性能。

T1-1T（阻抗比1：1）DataSheet没有给出幅度失衡和相位失衡的数据，TC1-1T（阻抗比1：1）给出了幅度失衡和相位失衡的数据。

                                                 TC1-1T DateSheet

具体选用什么变压器可以根据需求，下面是mini-Circuits的页面：

http://www.minicircuits.com/products/transformers.html

输出电流型DAC差分输出变为单端输出还可以选择运放，是在究竟选择变压器还是放大器来可以参考下面因素：（参考自ADI公司文章：关于宽带ADC前端设计考虑ΙΙ：用放大器还是用变压器驱动ADC？）

                                            用运放把AD9744差分输出转换为单端输出

选择变压器还是放大器参考因素

在有多个关键参数发生冲突的应用中，要做进一步分析和权衡。

参考资料：

1）插入损耗http://tqxad.com/article_new/show_dic.php?categories_id=d3f92248-0077-dcad-da23-4688c01f6267&article_id=txcd_59c36265-c025-9165-6a6e-46899908317a

2）插入损耗与衰减的差别

http://bbs.ednchina.com/ShowTopic.aspx?id=19959

3) T3/E3/STS-1 LIU的回波损耗测量 – Maxim

http://www.maxim-ic.com.cn/appnotes.cfm/an_pk/3547

4)百度百科——回波损耗

http://baike.baidu.com/view/645759.htm?func=retitle