面向宽带数据应用的SiGe跟踪保持放大器

在从软件无线电(SDR)到实时数字雷达的很多新兴的应用中，都需要宽带数据采集模块。系统设计师常常考虑的是将理想天线信号输入到高速模数转换器(ADC)。实际上，天线之后是滤波频率变换部分，缓冲器或者跟踪保持(T/H)放大位于ADC之前。由于ADC的输入最好是等幅信号，所以对高性能应用而言，采用高线性度和高采样率的T/H放大器非常关键。

Hittite微波公司开发的新型HMC660LC4B放大器(见表)具有提供宽带数据应用下高采样率所需的无与伦比的线性度。

HMC660LC4B可用于很多应用系统中，包括数字采样示波器(DSO)、SDR、商用和军用雷达系统、电子战(EW)系统、电子情报(ELINT)系统、直接微波/RF/中频(IF)采样、微波/RF/IF峰值检波和功率测量、宽带频谱分析仪，以及RF/IF/光纤测试系统。

HMC660LC4B(图1)是新型宽带T/H放大器系列的首款产品，可使设计师直接对具有4.5GHz输入带宽的满幅度1Vpp信号进行采样。该器件基于SiGeBiCMOS工艺，其最大特征是针对DC~4GHz下、时钟速率为2GHz的输入信号用的9bT/H模式的线性度。

该新型T/H放大器采用4×4mm表面贴装兼容RoHS封装。它与高速ADC一起使用，能简化数字接收器中的下变频信号通道。由于是宽带，且工作在高频下，该T/H放大器允许设计师使电路在更高的IF下工作，无需使用混频器、带通滤波器、放大器和本振振荡器(LO)，从而简化复杂性，提高可靠性。

HMC660LC4B采用新颖的设计拓扑，极大地改进了带宽、线性度和保持状态馈通之间的性能权衡。这一新拓扑也克服了输入宽度对输入信号电平敏感的问题，该问题常见于其他商用T/H电路。HMC660LC4B的内部架构包括几个重要功能：处理输入信号和时钟信号的输入放大器、T/H开关磁芯和输出放大器。差分输入、时钟和输出信号是架构的组成部分，用于将电源、地和辐射噪声最小化。

差分输入信号通过一个片上偏压T型头输入到HMC660LC4B的N+和IN端(图2)，该T型头为输入放大器提供DC端50?匹配以及AC耦合。输入放大器缓冲差分输入信号，该差分输入信号驱动T/H开关磁心。与此类似，时钟输入信号(CLK+和CLK-)也送入片上输入偏压T型头，将信号耦合到时钟驱动器，时钟驱动器为T/H磁心的高速采样提供快速时钟边沿。采样结束后，通过输出放大器缓冲保持信号，为差分输出信号(OUT+和OUT-)，每个差分输出信号都能驱动50Ω负载。

HMC660LC4B设计用于提供有最小假信号的干净输出波形，这对研究高速信号边沿的高速测量应用很重要。下面(图3)给出了在Tektronix公司TDS8000型示波器上显示的测得的HMC660LC4B时域输出波形。输入信号约为1Vpp，输入频率为3.125GHz，时钟率为500兆采样/秒。兰色迹线表示跟踪方式下的HMC660LC4B，红色迹线表示T/H(采样)模式。波形保持部分的小纹波由接在HMC660LC4B评估板和示波器之间的2英尺的电缆的反射引起。与ADC一起使用时，该T/H放大器应非常靠近ADC，以使反射最小。

(图4)下面示出二阶效应将HMC660LC4B的线性度限制在约61dB(9.9b)，此时输入信号为0.5Vpp(满幅的一半)，频率为4GHz，时钟为1吉采样/秒。该线性性能比最可与其竞争的T/H器件的要好得多，这些T/H器件受限于通常的线性度，或者在时钟率为1兆采样/秒，频率为4GHz、0.5Vpp输入信号的无虚假信号动态范围(SFDR)为32db(5.05b)。

HMC660LC4B的另一个重要特征是正确的线性度相关性，这对用数字信号处理器(DSP)对信号求平均值的设计师特别重要。这些用户可能要进行平均，以减少宽带噪音本底，可以选择牺牲输入信号电平而提高线性度。例如，对HMC660LC4B，在时钟率为1兆采样/秒，频率为4GHz(比较4GHz、1Vpp满幅输入信号)的0.5Vpp的1/2满幅输入信号，线性度将从55dB提高到61dB，提高6dB。同样，开始用1GHz的1Vpp的满幅输入信号，时钟率为1吉采样/秒，当将信号减小到1GHz下的0.5Vpp时，线性度将由54.6dB提高到66.6dB，提高12dB。

HMC660LC4BT/H放大器的采样孔径跳动小于110fs，保持模式馈通抑制能力优于60dB。该器件的最大时间域7GHz输出带宽噪声积分均方根(RMS)值为1.1mV。这些技术指标对寻求将商用高速ADC性能最优化的设计师来说非常关键。HMC660LC4B也可用于低速二次抽样前端，目前有12-b，300到400兆采样/秒的ADC模块。在低带宽ADC上加上HMC660LC4BT/H放大器后，ADC就可二次采样带宽相当大的信号(如：中心为3.5GHz的1-GHz带宽信号)，直接将其转换为基带频率，以低速、高分辨率ADC来采样。