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1、将 RF信号转换为数字信号的CMOS转换器从频率计数与合成到传感器信号调整等很多应用都需要将RF 信号转换为数字逻辑电平。在这些情况下，设计者一般采用一个高速电压比较器完成 RF到数字信号的转换工作。由于电压比较器具有高增益，它们一般有很好的灵敏度，但也会带来一些问题。高速比较器价格高，很难找到现成的商品，并且易于被快速淘汰。图 1 中的电路可以为高达180 MHz 的频率提供一种有吸引力的方案。设计中的 IC 是一个 74LVCU04 极高速 CMOS六反相器，可以是采用现成的，也可以从很多来源获得。此外，很多设备中可能已经含有三个未用到的反相器。一个反相器 IC1A 作为线性前置放大器工作
2、，构成转换器的输入级。偏置电阻R3 使反相器的输入、输出电压平均在电源电压的一半处 VO1=VI1=(VDD/2)，从而使反相器进入自己的线性区。由于在RF段上，极高速 CMOS反相器的交流增益相对较名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -低，(VO1/VI1)7，前置放大器后要增加一个增益级。增加的反相器级联方案在低频和直流下，当没有施加RF信号源时稳定性不佳。图 1 中的电路采用了一种基于施密特触发器和放大器电路的拓扑（IC1B 和 IC1C），从而解决了这个问题，它包括一个与频率有关的正反馈网络，由 R1、R2、CD1 和 CD2构成。随着输入频率的不同，
3、网络可表现出两种特性：在高频时，去耦电容器对CDC1和 CDC2将反馈电阻器 R1 短路，从而抵消了由正反馈网络R1、R2 与反相器IC1B 的输入电容引起的时间常数。因此，在高频下，三个反相器 IC1A、IC1B 和 IC1C 表现为三个级联的高速放大器，可以实现最佳的输入信号带宽。在直流和低频时，耦合电容器对CD1和 CD2的影响可以忽略不计，而反相器IC1B、IC1C 与正反馈网络 R1、R2 可以起到一个施密特触发器电路的作用。为了对VS的输入灵敏度与确保比较器输出的无条件稳定之间做出折衷，要对施密特触发器输入VO1 处的高、低阈值电压 VTH 和 VTL 做出选择。公式 1 和公式
4、2 分别设定高、低阈值电压：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -为中和较高频率时灵敏度下降问题，在比较器的输入端增加了一个由 L1 和 C1构成的低 Q 阻抗匹配网络。由于设计目标是在高至160 MHz 获得可接受的灵敏度，因此网络将50的 RF源与运行在 150 MHz 的 IC1A 的输入阻抗 ZI1 作匹配。不幸的是，数字IC 的制造商通常不会说明逻辑器件的输入阻抗。因此在设计匹配网络时，首要任务是用 Agilent（）的矢量网络分析仪测量第一个反相器 IC1A 输入 VI1 的散射参数 S11。图 2 显示了反相器 S11 参数的史密斯特性图。已知名
5、师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -其中 ZC=50 ，可以用图 2 中的数据提取第一个反相器在所需频率处的输入阻抗。在150 MHz 时，得到ZI1=106.1 -j 116.7 （在图 2 的标记 4 处）。要确定匹配网络中各元件的值，可以用任何一种软件工具（参考文献1 与 2）。如果你不熟悉史密斯特性图的计算，也可以用下列方法进行分析：1.用串-并转换公式（公式 4 和 5），将第一个反相器的输入阻抗转换为并联形式：将这些公式用于 150 MHz 时，得到：RP=233 ，XP=213 。（在150 MHz 下，XP代表输入阻抗，CP=5 pF。）2.算
6、出第一个反相器输入阻抗RP和 50 RF 源之间实现匹配的网络匹配初始值。用公式 6 和 7 计算出匹配网络中各元件的值（参考文献 3）。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -将这些公式用于 150 MHz，得到 L1100 nH，C1+CP 8.7 pF。3.从式 7 中减去反相器的输入电容CP=5 pF，计算出 C1的值：搭建电路时，使用最接近于计算值的标准元件：L1=100 nH，C1=3.6 pF。如图 3 中输入频率与灵敏度的关系曲线所示，100 MHz 170 MHz 频率时电路的灵敏度增加，这清楚地证明了阻抗匹配网络的有效性。可以在选定频率下将这
7、种方法用于其它感兴趣的任何频率段，实现电路灵敏度的优化。在10 MHz180 MHz 输入信号范围内，RF至数字逻辑转换器的功耗变化不大。最差条件下，3.3V 供电电压下消耗的电流不超过58 mA。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -参考文献1.Smith tool,Ansoft Corp,.2.Ansoft Designer:Student Version,Ansoft Corp,.3.Bowick,Chris,RF Circuit Design,HW Sams&Co,Indianapolis,IN,1988 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -
