【導讀】傳統的射頻 (RF) 發送信號鏈通常使用數模轉換器 (DAC) 來生成基帶信號。然后，使用射頻混頻器和本地振蕩器將此信號上變頻為所需的射頻頻率。射頻 DAC 技術取得進步，現在允許直接以所需的射頻頻率生成信號，從而顯著簡化射頻發送信號鏈的設計和復雜性。
傳統的射頻 (RF) 發送信號鏈通常使用數模轉換器 (DAC) 來生成基帶信號。然后，使用射頻混頻器和本地振蕩器將此信號上變頻為所需的射頻頻率。射頻 DAC 技術取得進步，現在允許直接以所需的射頻頻率生成信號，從而顯著簡化射頻發送信號鏈的設計和復雜性。
高頻射頻 DAC 具有平衡差分輸出，而射頻發送鏈和天線為單端。過去，射頻工程師使用兩種器件（即無源平衡-非平衡變壓器和中間級射頻增益塊）來執行差分至單端 (D2S) 轉換并提高射頻信號的功率。但是，無源平衡-非平衡變壓器具有多種局限性，包括印刷電路板 (PCB) 尺寸大、插入損耗高、匹配不良、增益以及需要在寬帶寬范圍內運行時相位不平衡。此外，射頻無源平衡-非平衡變壓器也無法支持直流或近直流運行。
D2S 射頻放大器是一款單片器件，能夠將差分信號轉換為單端信號，并在寬帶寬范圍內提供增益。本文概述了使用 D2S 射頻放大器相對于傳統無源平衡-非平衡變壓器和射頻增益塊方法的優勢。
圖 1展示了用作 DAC 緩沖器和功率放大器 (PA) 前置驅動器的TRF1108 D2S 射頻放大器。
圖 1：簡化的射頻發送器信號鏈，其中顯示了用作 DAC 緩沖器和 PA 前置驅動器的 TRF1108 差分轉單端射頻放大器
4mm2 封裝內的差分至單端轉換和增益
在射頻 DAC 輸出端執行 D2S 轉換的無源平衡-非平衡變壓器通常體積龐大且成本高昂，尤其是在需要寬帶時。無源平衡-非平衡變壓器的大尺寸增加了 PCB 面積，并導致 PCB 布線較長，從而限制了射頻性能，尤其是在與多通道射頻 DAC 配合使用時。此外，寬帶無源平衡-非平衡變壓器還具有高插入損耗，因此需要高性能射頻增益塊來補償信號功率損耗。
TRF1108 D2S 射頻放大器是一款執行 D2S 轉換并提供增益的單片器件。D2S 射頻放大器的帶寬涵蓋直流至 12GHz 的范圍，可用于從直流到數千兆赫茲的寬帶 DAC 緩沖器應用。TRF1108 具有僅 2mm x 2mm 的微型 PCB 尺寸，可減小 PCB 面積，從而縮短布線，并提高射頻性能。
圖 2所示為 TRF1108 的 2mm x 2mm PCB 尺寸，減小了所需的 PCB 面積，從而在 TRF1108 DAC39RF10 評估模塊上縮短了布線并提高了射頻性能。
圖 2：TRF1108 DAC39RF10 評估模塊 (TRF1108-DAC39RFEVM)
高密度用例示例
雷達系統設計人員根據所需的距離、分辨率和天線尺寸選擇工作頻率。具有寬帶寬覆蓋范圍的射頻 DAC 與 D2S 射頻放大器相結合，只需對射頻發送信號鏈進行極小的更改，即可針對不同頻帶應用進行硬件設計重用。
將射頻 DAC 和 D2S 射頻放大器相結合，能夠為采用數字波束形成的高密度相控陣雷達應用帶來諸多優勢。在這些應用中，多個 DAC 輸出連接到大量天線，每根天線相對于彼此發送一個相移射頻信號。多通道射頻采樣 DAC 和收發器在單個裸片和封裝內集成了多個 DAC。這種集成有助于簡化系統設計、縮小硬件尺寸并降低復雜性。但是，需要使用一個小型高性能 D2S 射頻放大器才能有效利用由這些多通道射頻 DAC 實現的盡可能高的密度。
匹配的輸入和輸出
過去與射頻 DAC 配合使用的寬帶無源平衡-非平衡變壓器很難保持良好的輸入和輸出回波損耗，而且回波損耗也對輸入和輸出終端阻抗敏感。這種敏感性會導致相關射頻頻帶范圍內的阻抗變化，從而使發送的信號產生不必要的增益變化。TRF1108 的差分輸入具有 100Ω 的阻抗匹配。TRF1108 的單端輸出具有 50Ω 的寬帶匹配，從而改善回波損耗，并在寬射頻帶寬范圍內產生非常平坦的通帶響應（請參閱圖 3）。
圖 4突出顯示了TRF1108與射頻 DAC 結合使用時匹配輸入和輸出如何在 100MHz 至 8GHz 范圍內產生平坦的通帶響應。
圖3：史密斯圓圖上的 TRF1108 輸入和輸出 S 參數
圖 4：TRF1108 DAC39RF10 在 100MHz 至 8GHz 范圍內的頻率響應
性能優化
寬帶無源射頻平衡-非平衡變壓器具有高插入損耗，因此會降低射頻 DAC 的最大信號功率電平。為了補償插入損耗并提高射頻信號的功率電平，在無源平衡-非平衡變壓器之后需要一個單端高性能射頻增益塊。單端射頻增益塊的二階非線性性能通常較差，當信號帶寬涵蓋多倍頻程時，無法濾除產生的失真。此外，寬帶平衡-非平衡變壓器較差的增益和相位不平衡也會導致進一步的不平衡，從而降低射頻信號的二階非線性性能。
TRF1108等 D2S 射頻放大器采用了反饋技術，有助于提高增益和相位不平衡性能。與單端射頻增益塊相比，輸入的差分特性可改善二階失真。TRF1108 D2S 射頻放大器為多倍頻程射頻發送應用提供了改進的二階非線性性能。
結語
射頻 DAC 的技術進步使得雷達、軟件定義無線電以及射頻測試和測量設備領域實現了靈活的寬帶射頻應用。通過在多通道 DAC 和射頻采樣收發器中集成多個射頻 DAC，簡化了發送信號鏈設計，并減少了在多發送射頻和相控陣應用中對大面積 PCB 的需求。
像TRF1108這樣的 D2S 射頻放大器可以提供直流至 12GHz 范圍的射頻信號帶寬。它們可以補償射頻 DAC 的寬射頻帶寬和性能。TRF1108 是一款單芯片 D2S 射頻放大器，改進了傳統無源平衡-非平衡變壓器和射頻增益塊。它的 PCB 面積更小，射頻布線長度更短，匹配更好，性能更強。因此，可以實現更高的密度、更好的性能和靈活的射頻發送設計。
其他資源
有關 D2S 射頻放大器的更多技術信息，請查看應用手冊《TRF1208/TRF1108 具有 Xilinx RFSoC 數據轉換器的有源平衡-非平衡變壓器接口》。
閱讀我們的模擬設計期刊文章“平衡-非平衡變壓器對于射頻 DAC 二次諧波的影響”。
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