Impedancia de las entradas diferenciales en convertidores AD

Question

Actualmente estoy tratando de conectar un chip conversor ADC/DAC bastante rápido a una FPGA para recibir y transmitir RF en el futuro, pero hacer que el conversor funcione y conectar un generador de señales y un osciloscopio para realizar pruebas es mi principal objetivo en este momento.

Vengo del mundo digital. Hice todo tipo de circuitos digitales y utilicé un convertidor AD para tareas sencillas con un microcontrolador, pero cuando se trata de señales analógicas de alta velocidad que son diferenciales y sensibles a varios factores como la impedancia y demás, básicamente no tengo idea de lo que estoy haciendo.

El chip que quiero usar para este proyecto es el AD9862. Es bastante antiguo, pero no son muy caros, fáciles de soldar y han sido utilizados por Ettus Research en varios modelos de sus USRPs, que estoy utilizando como plataforma de referencia. Si tienes alguna sugerencia de un chip mejor, ¡por favor dime!

Ahora, lo principal con lo que estoy preocupado es todo el ámbito analógico. El AD9862 tiene 2 entradas diferenciales que pueden ser opcionalmente amortiguadas (¿eso es lo que debería hacer, verdad?) y la hoja de datos dice que el búfer de entrada tiene una impedancia constante de 200 Ohm. Ahora lo que quiero hacer es simplemente llevar esas dos salidas de AD a un conector SMA desbalanceado con 50 Ohm de impedancia para conectar un generador de señales o un frontend de radio más adelante. Así que necesito un Balun para eso.

Ettus también lo hizo. Tienen varias placas auxiliares que puedes conectar a la placa base para tener diferentes frontends conectados al convertidor AD/DA. Ahora, si observo la Placa auxiliar BasicRX (era: placa auxiliar más sencilla) que hace exactamente lo que quiero, veo que están utilizando un Balun llamado ADT1-1WT. Si busco eso, la hoja de datos me dice que tiene una impedancia de 75 Ohm. ¿Eso no está totalmente equivocado? Pensaba que necesitaba un transformador desequilibrado de 50 Ohm a equilibrado de 200 Ohm.

Además, la entrada está terminada con una resistencia de 50 Ohm y la salida que va, directamente sin ningún otro componente excepto un conector, al AD (VINP_A/VINN_A y B) está serie terminada (¿verdad? ¿O es un filtro paso bajo con el condensador de 10pF? Por cierto, leí en alguna lista de correo que los valores para un filtro paso bajo están mal en este esquemático) con 50 Ohm. Eso no coincide en absoluto con la impedancia de entrada de 200 Ohm del AD. ¡Sería genial si alguien pudiera explicarme eso! Para mí, todos los valores están totalmente fuera de lugar.

Además, ¿qué pasa con las pistas en un PCB? También necesitan tener la impedancia correcta para evitar reflexiones y ondas estacionarias. ¿Así que necesito emparejarlas, supongo? Entonces, la salida del balun debería ser pistas diferenciales con una impedancia diferencial de 200 Ohm que va a la entrada del AD y en el otro lado del balun, necesito una pista de 50 Ohm que vaya al conector SMA?

¡Si alguien pudiera arrojar algo de luz sobre esto para mí, sería genial! Estas son todas cosas que parecen aprenderse solo en la universidad si estudias ingeniería eléctrica y yo estudié ciencias de la computación y todo esto es simplemente un hobby amateur para mí, ¡así que ahora estoy un poco perdido :(

Answer 1

El AD9862 tiene una impedancia de entrada típica de 200 ohmios y eso es de cierto interés pero no de gran importancia cuando se trata de la interfaz con el mundo exterior. En general, una impedancia de entrada de chip de infinito es más fácil de trabajar - de esta manera se puede ignorar siempre que el chip no esté a más de unos pocos centímetros de la resistencia/componentes que terminan la línea entrante.

Digo unos pocos centímetros, pero eso realmente depende de la(s) frecuencia(s) que estés recibiendo. Digamos que la frecuencia máxima de interés es de 300 MHz - tiene una longitud de onda de 1 metro y una regla general dice que si tu seguimiento en el PCB es menos de una décima parte de la longitud de onda, entonces no tendrás problemas alimentando 10 cm (4 pulgadas) al chip desde el terminator de la línea.

Otras personas pueden decir menos pero es solo una regla general. Por lo tanto, las pistas de PCB del chip que se emparejan con una cierta impedancia tampoco son tan críticas siempre que se cumpla la regla general. El hecho de que el chip tiene una impedancia de entrada de 200 ohmios ayuda un poco - una terminación de carga distribuida (en lugar de un único término de 50 ohmios o 75 ohmios) también es aceptable (regla general, etc).

Ahora el balun. Sí, dice que es un balun de 75 ohmios pero al final del día es un transformador con nada normalmente inherentemente de 75 ohmios o 50 ohmios. Dice que es un dispositivo de impedancia 1:1 que significa para mí que si hay 50 ohmios (o 75 ohmios) en un lado del transformador, esta impedancia se refleja en el otro lado para el rango normal de frecuencias para el que está previsto.

La impedancia en el lado del chip del balun es de 200 ohmios (chip) + 50 ohmios (R4) + 50 ohmios (R5) = 300 ohmios. Nuevamente, esto no funcionará tan bien como una impedancia de 75 ohmios pero probablemente no será un gran problema - no es óptimo pero es muy difícil decir a partir de la especificación del balun cuán lejos de lo óptimo estará. Supongo que no es perfecto pero probablemente no degradará las señales en más de un par de dB.

Estos 300 ohmios se reflejan en el lado primario del balun y se convierten en paralelo con 50 ohmios (R3). La impedancia neta que se ve en el circuito es ahora de aproximadamente 43 ohmios. Tengo que decir que obviamente sería mejor si estuviera más cerca de 50 ohmios PERO, no conozco la impedancia del cable para el que está destinado este circuito. Podría ser un cable de 50 ohmios y en ese caso habría una tendencia a las ondas estacionarias y reflexiones arriba y abajo del cable pero nada tan grave como para afectar las operaciones. El cable podría ser un cable de 45 ohmios (no es algo inaudito).

Si estás haciendo un circuito, usaría un 62 ohmios para R3 y la impedancia presentada en la entrada sería aproximadamente de 51.4 ohmios.

Recuerda, la parte más importante de este diseño es emparejar la impedancia del cable para evitar reflexiones graves. No importa si la impedancia de emparejamiento se distribuye entre R3, R4, R5 y el chip siempre y cuando las trazas del PCB no sean excesivamente largas Y las trazas del PCB no necesitan ser diseñadas exactamente a 50 ohmios siempre y cuando las longitudes sean cortas.