通信接收器與頻譜分析儀內部信號鏈路的架構之間存在著相似性。利用功能強大的數字信號處理器 （DSP），先進的數字接收器可在數字域中 （而不象過去的產品那樣在模擬域中） 進行同相和正交 （I-Q） 信息的解調。雖然通信接收器連續執行載頻和符號時鐘恢復，但頻譜分析儀則以“字組” 的形式來捕獲該信息，并以時點的方式進行存儲，以實施進一步的處理和圖形顯示 （見圖1）。所以，在數字域中，通信接收器和頻譜分析儀之間存在著顯著的差異。而在模擬域中則存在著較多的相似性。因此，面向通信市場的高性能組件的開發成果令頻譜分析儀從中獲益。不過。由于頻譜分析儀是一種測量接收器，故而其性能要求高于大多數通信系統。

最近，人們開發了用于高靈敏度通信接收器的高速模數轉換器 （ADC）。凌力爾特公司推出的LTC2208便是一例，該器件可在130Msps的采樣速率條件下提供16位分辨率。在高中頻 （IF） 范圍內，這具有適合頻譜分析儀的足夠線性度和動態范圍。這樣的一款器件可用于在進行數字處理之前完成模擬IF至數字IF的轉換。然而，如果想利用IF數字化的可用性能，就需要對RF和混合信號學科的專門知識有一定程度的了解和掌握。特別要指出的是，少數關鍵設計領域對性能具有重大的影響：

·驅動CMOS采樣及保持輸入

·電源旁路電容器的緊密耦合

·高頻布局方法

對于這種高性能ADC而言，另一個問題是美國政府頒布的出口許可要求。下面討論的簡化IF數字轉換器同時解決了技術和商業方面的問題。

驅動CMOS采樣及保持輸入

在許多ADC中都采用了一個CMOS采樣及保持 （S/H） 前端，旨在實現比采用一個雙極S/H前端時更低的功耗。由于轉換電流受限的原因，雙極S/H將導致動態范圍隨著輸入頻率的提高而較快地減小。為了獲得相當的性能，雙極S/H將需要消耗較多的功率。有限輸入電阻和偏置電流會造成驅動電路設計的復雜化。此外，雙極S/H的下降速度比CMOS S/H快，因而限制了低采樣速率操作。盡管擁有眾多的優點，但CMOS S/H通常需要低于雙極S/H的驅動阻抗。在采樣速率 FS 條件下，在輸入端上將有可能發生采樣干擾。不穩定的輸入會在ADC中引起非線性和增益誤差。而對非線性和低驅動阻抗進行補償需要采用一個復雜的驅動電路。

針對該設計問題的傳統解決方案很耗時，而且往往需要不停地與供應商的應用支持工程師進行對話。然而，系統級封裝 （SiP） 技術的應用造就了一種簡化的IF數字轉換器。

SiP技術通常在消費類應用中使用，例如：USB記憶棒和無線頭戴式耳機中的RF模塊。最近，它被成功地應用于DC/DC轉換器，旨在幫助設計師攻克眾多電源應用的設計難題。目前，凌力爾特公司將該技術運用在高速16位接收器上。該公司將多年的應用專長與其業界領先的高速ADC和最新的放大器結合起來，以實現具節省空間之外形尺寸和極高性能的解決方案。LTM9001便是一款頻譜分析儀應用的SiP接收器產品實例。

電源旁路電容器的緊密耦合

另一項直接影響高速ADC性能的任務是電源旁路電容器的布局。傳統ADC電路板布局的一個常見問題是噪聲過大，這是由從旁路電容器至ADC的長印制線所造成的。上佳的慣例是把電容器布設在盡可能靠近器件電源引腳的地方。在分立型設計中，采用導線壓焊法將芯片焊接至IC封裝的引線框架。這樣，在最好的情況下，旁路電容器的距離將稍遠一點。傳統的封裝尺寸是由其邊界上的引腳數目規定的，也有可能是以充分耗散器件的功率為目的而選擇。因此，鍵合導線的長度比 μModuleTM 接收器中的鍵合導線長得多，前者達到了3.5mm （圖2中的左圖），而后者則僅為0.8mm （圖2中的右圖）。所以，與采用傳統封裝時相比，LTM9001中的內部旁路電容器與芯片的距離可以近得多。

高頻布局方法

如欲獲得16位、高速ADC的完整性能，則必需進行謹慎的布局和上佳的電路設計。印刷電路板 （PCB） 布局對性能具有重大的影響，即使電路拓撲結構和組件參數值都正確，也不能忽視該問題。一個常見的錯誤是認為：如果IF為162MHz，則不需要采用高頻布局方法。但是，對于諸如LTM9001中的高性能ADC而言，采樣及保持帶寬超過了700MHz。高頻噪聲會被采樣及保持電路所撿拾，從而導致SNR下降。這是一個需要大量經驗的領域。

LTM9001的襯墊設計融入了許多只能從多年的應用經驗中獲得的思想。此外，還把眾多謹慎的布局、正確的電路設計和高性能組件作為一個單元進行了全面的特性分析和測試。結果形成了一個所需外部組件非常之少的子系統，見圖3。采用無源濾波和旁路電容器傳統封裝器件的占板面積約為22mm x 13mm，而采用SiP時的占板面積則僅為11.25mm x 11.25mm。

IF數字轉換器分塊

圖4中示出的LTM9001 μModule 接收器子系統實現了一個16位、130Msps ADC與一個固定增益放大器、抗混疊濾波器和旁路電容的集成，所需占用的面積不到采用傳統封裝時的一半。μModule接收器由安裝在一個高性能、四層襯墊上的引線鍵合芯片、封裝組件和無源組件所組成。LTM9001-AA被配置為具有20dB增益、一個200Ω的輸入阻抗和一個 ±250mV 的輸入范圍。該匹配網絡專為在這些條件下優化放大器輸出與ADC輸入之間的接口而設計。此外，還有一個專為162.5MHz、±25MHz （第三奈奎斯特區的中心） 而設計的兩極點帶通濾波器。LTM9001準備放置在位于最終降頻轉換混頻器級之后的高階、高選擇性濾波器的后面。

出口限制

美國政府對高速模數轉換器的出口限制制約了在中國的通信、測試和儀表設備制造商。為了面對這些限制規定，ADC供應商推出了具集成數字降頻轉換器 （DDC）、分辨率為11位和14位的ADC，但是，這些器件通常并不適合于頻譜分析儀。然而，LTM9001則被美國政府歸類為“接收器子系統” （出口控制分類編號：ECCN 5A991），因此無需申請出口許可證。

結論

通過運用SiP技術以及來自通信行業的最新組件，一款簡化的IF數字轉換器解決了頻譜分析儀接收器設計的某些關鍵難題。采用CMOS采樣及保持前端的ADC提供了遠遠低于雙極前端的功耗和更加優越的高頻性能，但是其驅動方案則較為復雜。通過在μModule接收器中集成驅動器和抗混疊濾波器，該難題得以解決。通過采用內置緊密耦合旁路電容器的裸芯片，消除了另一個潛在的噪聲源。再加上一種優化的高頻布局，這些因素增加了贏得一次性成功的概率，并提供了始終如一的高性能。出口分類使得該接收器子系統能夠不受限制地輸入中國。