RF放大器与数据转换器：为测试测量系统带来性能飞跃

在当今快速发展的工程技术领域，测试与测量系统作为确保设备性能与可靠性的关键工具，其性能的提升显得尤为重要。而今，随着先进射频（RF）器件的融入，这些系统正迎来一场性能上的飞跃。这些器件包括RF全差分放大器（FDA）、RF差分转单端放大器、RF采样模拟-数字转换器（ADC）以及RF数字-模拟转换器（DAC）。

这些RF器件在提升测试测量系统性能方面发挥着至关重要的作用。它们能够助力高带宽示波器、RF数字化仪以及RF任意波形发生器有效应对无线通信收发器中更高的数据速率和雷达系统中更窄的脉冲等挑战。

以示波器和数字化仪为例，传统设计中，设计师们通常使用模拟混频器配合窄带ADC来实现高频信号的数字化。然而，这种方法不仅电路复杂度高，还存在性能上的局限。因此，设计师们开始采用RF采样ADC来替代混频器和窄带ADC。RF采样ADC能够直接接受差分输入，从而天生具备抑制共模噪声的能力。

但在此之前，设计师们仍在使用单端增益模块，因此需要通过基于变压器的无源巴伦来产生ADC所需的差分输入信号。然而，巴伦的使用也带来了不少弊端：它们体积庞大且价格昂贵，同时还会对电路能够数字化的频率设定下限，通常这个下限在数百千赫兹甚至数十兆赫兹，而理想的测试测量仪器应能数字化直至直流（DC）的信号。此外，巴伦还可能因增益和相位不平衡而表现出二阶非线性。

随着RF FDAs等先进器件的应用，这些问题得到了有效解决。RF FDAs不仅简化了电路结构，还提高了系统的性能，使得测试测量系统能够更好地应对高频、高速信号的处理需求。这一趋势预示着，未来在测试测量领域，RF器件的应用将更加广泛，为工程师们提供更加高效、准确的测试测量工具。

图1. A TRF1305 RF FDA converts a single-ended input to a differential output that drives an RF sampling ADC.

RF放大器：克服二阶非线性，提升RF仪器性能

在工程技术领域，二阶非线性效应对于窄带系统来说，可能并不会造成太大的影响，因为这些非线性特性通常出现在我们关注的频率范围之外。然而，对于像示波器这样的RF仪器来说，仪器指定范围内的每一个频率都可能是我们关注的频率，因此，二阶非线性效应的高水平是无法容忍的。

为了克服这些弊端，我们可以使用直流耦合的RF放大器，比如德州仪器（Texas Instruments）的TRF1305。这是一款闭环双通道RF放大器，其3分贝带宽从直流到超过6.5千兆赫（GHz），典型增益为10分贝（dB）。这款设备使得我们可以为涉及电平转换的应用设置不同的输入和输出共模电压。

TRF1305能够进行单端到差分的转换（如图1所示），这可以作为接收机信号链或示波器、数字化仪输入的一部分。在这里，该设备接受单端交流加直流输入，并驱动差分RF采样模拟-数字转换器（ADC）。

除了提供平衡的差分输出来驱动RF采样ADC外，RF放大器还可以保护你的RF采样ADC免受损坏——这是一个重要的考虑因素，因为ADC通常是信号链中最昂贵的组件。

例如，图2展示了当TI的TRF1208（一款3分贝带宽为10兆赫（MHz）到11GHz、增益为16dB的单端到差分放大器）被一个4GHz的连续波输入过驱动时，其输出功率的情况。当TRF1208的输入达到2分贝毫瓦（dBm）时，其输出在3.6伏（峰峰值）水平饱和，从而天然地保护了ADC和其他下游组件。

图2. The TRF1208 FDA saturates at 3.6 V (peak-to-peak), inherently protecting downstream components including the RF sampling ADC.

这一技术不仅提升了RF仪器的性能，还为我们提供了一种有效的方法来克服二阶非线性效应带来的挑战。随着RF技术的不断发展，这类RF放大器将在更多领域发挥重要作用，助力我们实现更加精准、高效的信号处理和测量。

差分放大器在任意波形发生器中的创新应用

在工程技术领域，差分放大器不仅与模数转换器（ADC）协同工作，将模拟信号数字化，还能与数模转换器（DAC）携手，在发射信号链或任意波形发生器的设计中发挥关键作用。正如图1中的接收信号链所示，先进的数据转换器可以取代传统上在发射器中提供频率上变频的混频器。

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图3展示了射频（RF）DAC向德州仪器（TI）的TRF1108差分转单端RF放大器提供差分信号的情景。TRF1108的3分贝带宽为10兆赫（MHz）至12千兆赫（GHz），增益为15.5分贝（dB）。与接收信号链的处理方式相反，TRF1108将差分信号转换为单端信号，然后将其提供给滤波器组、功率放大器（PA）和天线。

图3. An RF DAC delivers a differential signal to a TI TRF1108 differential to single-ended RF amplifier.

图3所示的方法省去了将DAC差分输出转换为单端信号的被动巴伦，从而节省了印刷电路板（PCB）的空间，并消除了巴伦给电路带来的插入损耗。

评估模块

图4. Two TRF1108 devices, each with a 2- × 2-mm footprint, take up minimal printed-circuit-board space.

TRF1108-DAC39RFEVM评估模块（EVM）（图4）充分展示了TRF1108的紧凑性。该评估模块可以帮助您基于TRF1108和DAC39RF10 RF DAC进行设计。DAC39RF10是一款16位双通道设备，输入采样率高达20.48千兆次采样/秒（GS/s），可提供高达12 GHz的射频输出。

EVM上的两个TRF1108器件尺寸仅为2毫米×2毫米，占用PCB的空间极小。完整的EVM使您能够尝试将DAC和放大器应用于各种应用，从相控阵天线系统到无线通信测试仪等。

这一创新技术不仅简化了任意波形发生器的设计，还提高了系统的性能和效率。随着无线通信技术的不断发展，差分放大器在任意波形发生器中的应用将越来越广泛，为工程师们提供了更多灵活性和可能性。

在工程技术领域，德州仪器（TI）不仅提供了如图4所示的评估模块（EVM），还推出了多种类型的EVM，以满足不同应用需求。其中，TRF1305B2-D2D-EVM便是一款备受瞩目的产品，它能够帮助工程师评估TRF1305射频频率可调放大器（RF FDA）的性能，并学习如何将其10分贝（dB）的增益、高线性度和宽带宽应用于实际项目中。这款EVM出厂时配置为分体式电源供电，但用户可以根据需要，轻松将其改为单5伏（V）电源供电。

TRF1305B2-D2D-EVM不仅支持单端输入信号，还能处理差分输入信号，并且能够轻松连接到具有标准50欧姆（Ω）输入输出阻抗的测试设备上。如图5所示，通过单音信号测试仪器设置，工程师可以测量TRF1305的增益、1分贝压缩点（P1dB）等重要参数。

图5. The TRF1305B2-D2D-EVM lets you connect an RF signal generator and spectrum analyzer to help with evaluation of the TRF1305 RF FDA.

技术结论

射频采样模数转换器（RF ADC）在高频信号数字化方面表现出色，而射频数模转换器（RF DAC）则能将高速数字比特流高效转换为射频信号。然而，无论是ADC还是DAC，都离不开差分放大器的辅助。TI提供了一系列完整的射频频率可调放大器（RF FDA），它们能够与示波器等仪器的输入通道中的射频采样ADC协同工作，共同实现射频信号的数字化。

同样地，TI还推出了差分转单端放大器，这些放大器能够与任意波形发生器等仪器中的RF DAC配合使用。此外，TI还提供了多种EVM，帮助工程师在设计过程中轻松采用差分信号。

这一系列创新技术的推出，不仅提升了射频前端差分放大器的性能，也为工程师们提供了更多设计选择和灵活性。随着通信技术的不断发展，差分放大器在射频领域的应用前景将更加广阔。