在发送信号链设计中使用差分转单端射频放大器的优势

传统的射频 (RF) 发送信号链通常使用数模转换器 (DAC) 来生成基带信号。然后，使用射频混频器和本地振荡器将此信号上变频为所需的射频频率。射频 DAC 技术取得进步，现在允许直接以所需的射频频率生成信号，从而显著简化射频发送信号链的设计和复杂性。

高频射频 DAC 具有平衡差分输出，而射频发送链和天线为单端。过去，射频工程师使用两种器件（即无源平衡-非平衡变压器和中间级射频增益块）来执行差分至单端 (D2S) 转换并提高射频信号的功率。但是，无源平衡-非平衡变压器具有多种局限性，包括印刷电路板 (PCB) 尺寸大、插入损耗高、匹配不良、增益以及需要在宽带宽范围内运行时相位不平衡。此外，射频无源平衡-非平衡变压器也无法支持直流或近直流运行。

D2S 射频放大器是一款单片器件，能够将差分信号转换为单端信号，并在宽带宽范围内提供增益。本文概述了使用 D2S 射频放大器相对于传统无源平衡-非平衡变压器和射频增益块方法的优势。

图 1展示了用作 DAC 缓冲器和功率放大器 (PA) 前置驱动器的TRF1108 D2S 射频放大器。

图 1：简化的射频发送器信号链，其中显示了用作 DAC 缓冲器和 PA 前置驱动器的 TRF1108 差分转单端射频放大器

4mm2 封装内的差分至单端转换和增益

在射频 DAC 输出端执行 D2S 转换的无源平衡-非平衡变压器通常体积庞大且成本高昂，尤其是在需要宽带时。无源平衡-非平衡变压器的大尺寸增加了 PCB 面积，并导致 PCB 布线较长，从而限制了射频性能，尤其是在与多通道射频 DAC 配合使用时。此外，宽带无源平衡-非平衡变压器还具有高插入损耗，因此需要高性能射频增益块来补偿信号功率损耗。

TRF1108 D2S 射频放大器是一款执行 D2S 转换并提供增益的单片器件。D2S 射频放大器的带宽涵盖直流至 12GHz 的范围，可用于从直流到数千兆赫兹的宽带 DAC 缓冲器应用。TRF1108 具有仅 2mm x 2mm 的微型 PCB 尺寸，可减小 PCB 面积，从而缩短布线，并提高射频性能。

图 2所示为 TRF1108 的 2mm x 2mm PCB 尺寸，减小了所需的 PCB 面积，从而在 TRF1108 DAC39RF10 评估模块上缩短了布线并提高了射频性能。

图 2：TRF1108 DAC39RF10 评估模块 (TRF1108-DAC39RFEVM)

高密度用例示例

雷达系统设计人员根据所需的距离、分辨率和天线尺寸选择工作频率。具有宽带宽覆盖范围的射频 DAC 与 D2S 射频放大器相结合，只需对射频发送信号链进行极小的更改，即可针对不同频带应用进行硬件设计重用。

将射频 DAC 和 D2S 射频放大器相结合，能够为采用数字波束形成的高密度相控阵雷达应用带来诸多优势。在这些应用中，多个 DAC 输出连接到大量天线，每根天线相对于彼此发送一个相移射频信号。多通道射频采样 DAC 和收发器在单个裸片和封装内集成了多个 DAC。这种集成有助于简化系统设计、缩小硬件尺寸并降低复杂性。但是，需要使用一个小型高性能 D2S 射频放大器才能有效利用由这些多通道射频 DAC 实现的尽可能高的密度。

匹配的输入和输出

过去与射频 DAC 配合使用的宽带无源平衡-非平衡变压器很难保持良好的输入和输出回波损耗，而且回波损耗也对输入和输出终端阻抗敏感。这种敏感性会导致相关射频频带范围内的阻抗变化，从而使发送的信号产生不必要的增益变化。TRF1108 的差分输入具有 100Ω 的阻抗匹配。TRF1108 的单端输出具有 50Ω 的宽带匹配，从而改善回波损耗，并在宽射频带宽范围内产生非常平坦的通带响应（请参阅图 3）。

图 4突出显示了TRF1108与射频 DAC 结合使用时匹配输入和输出如何在 100MHz 至 8GHz 范围内产生平坦的通带响应。

图3：史密斯圆图上的 TRF1108 输入和输出 S 参数

图 4：TRF1108 DAC39RF10 在 100MHz 至 8GHz 范围内的频率响应

性能优化

宽带无源射频平衡-非平衡变压器具有高插入损耗，因此会降低射频 DAC 的最大信号功率电平。为了补偿插入损耗并提高射频信号的功率电平，在无源平衡-非平衡变压器之后需要一个单端高性能射频增益块。单端射频增益块的二阶非线性性能通常较差，当信号带宽涵盖多倍频程时，无法滤除产生的失真。此外，宽带平衡-非平衡变压器较差的增益和相位不平衡也会导致进一步的不平衡，从而降低射频信号的二阶非线性性能。

TRF1108等 D2S 射频放大器采用了反馈技术，有助于提高增益和相位不平衡性能。与单端射频增益块相比，输入的差分特性可改善二阶失真。TRF1108 D2S 射频放大器为多倍频程射频发送应用提供了改进的二阶非线性性能。