摘要
在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等設(shè)備是單端儀器，用于測(cè)量高速差分放大器驅(qū)動(dòng)器和轉(zhuǎn)換器的失真。因此，測(cè)量放大器驅(qū)動(dòng)器的偶數(shù)階失真（例如二次諧波失真HD2，甚至階偶數(shù)階交調(diào)失真或IMD2）需要額外的器件，如巴倫和衰減器等，作為整體測(cè)試設(shè)置的一部分，以將單端測(cè)試儀器連接到放大器驅(qū)動(dòng)器的差分輸入和輸出。本文通過不匹配信號(hào)的數(shù)學(xué)知識(shí)揭示了相位不平衡的重要性，并說明了相位不平衡如何導(dǎo)致偶數(shù)階產(chǎn)物的增加（即變得更糟糕?。?。本文還將展示了幾種不同高性能巴倫和衰減器的權(quán)衡如何影響被測(cè)放大器的性能指標(biāo)（即HD2和IMD2）。
數(shù)學(xué)背景 = 耶！
測(cè)試具有差分輸入的高速器件（如模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大器、混頻器、巴倫等）時(shí)，幅度和相位不平衡是需要理解的重要特性。
當(dāng)模擬信號(hào)鏈設(shè)計(jì)使用500 MHz及以上的頻率時(shí)，必須非常小心，因?yàn)樗衅骷o論有源還是無源）在頻率范圍內(nèi)都有某種固有不平衡。500 MHz并不是一個(gè)奇妙的頻率點(diǎn)，只是基于經(jīng)驗(yàn)，這是大多數(shù)器件開始偏離相位平衡的地方。根據(jù)器件不同，此頻率可能比這低得多或高得多。
我們來仔細(xì)看看下面的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型：
大器HD2測(cè)試設(shè)置
乍一看相當(dāng)簡(jiǎn)單，但魔鬼隱藏在細(xì)節(jié)中。圖3顯示了一組HD2測(cè)試結(jié)果，其系使用本框圖中的所有器件、差分放大器、巴倫、衰減器等得到的。這些測(cè)試證明：僅僅用不同方式翻轉(zhuǎn)巴倫方向所導(dǎo)致的細(xì)微相位不匹配，便能在HD2掃頻中產(chǎn)生不同結(jié)果。此設(shè)置中有兩個(gè)巴倫，因此通過顛倒設(shè)置一側(cè)或兩側(cè)的連接可以創(chuàng)建四種可能的場(chǎng)景。結(jié)果如圖3所示。
應(yīng)商1A巴倫和不同巴倫方向測(cè)試HD2性能。
圖3揭示的HD2失真曲線方差量證明，需要進(jìn)一步考察巴倫的性能，特別是相位和幅度不平衡。以下兩幅圖顯示了不同制造商的幾款巴倫的相位和幅度不平衡。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測(cè)量不平衡。
圖4和圖5中的紅色曲線對(duì)應(yīng)于圖3中用于采集HD2失真數(shù)據(jù)的實(shí)際巴倫。供應(yīng)商1A的這款巴倫具有zui高帶寬和良好的通帶平坦度，但在同樣的10 GHz頻率測(cè)試帶上，相位不平衡比其他巴倫要差。
接下來的兩幅圖代表使用zui佳巴倫對(duì)HD2失真重新測(cè)試的結(jié)果，這些巴倫分別來自供應(yīng)商1B和供應(yīng)商2B，具有zui低相位不平衡，如圖6和圖7所示。注意，如果有更好的不平衡性能，則HD2失真方差會(huì)相應(yīng)降低，如圖7所示。
全部抵消
總之，在GHz區(qū)域開發(fā)全差分信號(hào)鏈時(shí)，所有東西都很重要，包括衰減器焊盤、巴倫、電纜、印刷電路板上的走線等。我們已經(jīng)在數(shù)學(xué)上和實(shí)驗(yàn)室中使用高速差分放大器作為測(cè)試平臺(tái)證明了這一點(diǎn)。因此，在開始責(zé)備器件或供應(yīng)商之前，請(qǐng)?jiān)赑CB布局和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試期間特別小心。
您可能會(huì)問自己，多大相位不平衡是可以容忍的？例如，一個(gè)巴倫在x GHz時(shí)相位不平衡為x度，它對(duì)具體器件或系統(tǒng)有何影響？線性度性能是否會(huì)有一定程度的損失或dB衰減？
這是一個(gè)很難回答的問題。在理想世界里，如果信號(hào)鏈中的每件東西都完 美匹配，那么就不會(huì)有偶數(shù)階失真需要擔(dān)心。其次，如果有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則或公式來告訴我們每x°的相位不平衡會(huì)帶來x dB的線性度損失（HD2性能降低），豈不美哉。但是，這不可能。為什么？因?yàn)槊總€(gè)器件，無論有源、無源還是差分式，都會(huì)有某種固有的相位不匹配。根本沒有辦法在內(nèi)部使IC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)完 美的平衡，或者切割出長度絕 對(duì)一致的電纜。因此，不論這些不匹配有多小，隨著系統(tǒng)使用的頻率越來越高，它們都會(huì)變得更加突出。