探索 HMC1061LC5：超寬帶雙級(jí)跟蹤保持放大器的卓越性能

在電子工程領(lǐng)域，跟蹤保持放大器是信號(hào)處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，特別是在需要高精度采樣和處理寬帶信號(hào)的應(yīng)用中。今天，我們將深入探討一款令人矚目的產(chǎn)品——HMC1061LC5，這是一款由 Analog Devices 推出的 DC 至 18 GHz 超寬帶雙級(jí)跟蹤保持放大器。

文件下載：HMC1061.pdf

產(chǎn)品特性

高性能指標(biāo)

• 帶寬與采樣率：HMC1061LC5 具備 18 GHz 的輸入采樣帶寬（1 V p - p 滿量程），最大采樣率可達(dá) 4 GSPS。這使得它能夠處理高頻信號(hào)，滿足高速數(shù)據(jù)采集和處理的需求。
• 動(dòng)態(tài)范圍：在不同輸入條件下，它展現(xiàn)出出色的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）。例如，在 4 GHz、0.5 V p - p 輸入且 (CLK = 1 GSPS) 時(shí)，SFDR 可達(dá) 67 dB；在 4 GHz、1 V p - p 輸入且 (CLK = 1 GSPS) 時(shí)，SFDR 為 56 dB。
• 信號(hào)質(zhì)量：采用直接耦合輸入/輸出方式，輸出波形純凈，毛刺極小。同時(shí)，保持模式下的饋通抑制 ≥65 dB，輸出噪聲僅為 1.45 mV rms（符合規(guī)格）。

封裝與尺寸

該放大器采用 32 引腳陶瓷無(wú)引腳芯片載體封裝，尺寸為 5 mm × 5 mm，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

HMC1061LC5 的卓越性能使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括但不限于：

• RF ATE 應(yīng)用：在射頻自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中，高精度的信號(hào)采樣和處理至關(guān)重要，HMC1061LC5 能夠滿足這一需求。
• 數(shù)字采樣示波器：為示波器提供高速、準(zhǔn)確的信號(hào)采樣能力，有助于捕捉和分析快速變化的信號(hào)。
• RF 解調(diào)系統(tǒng)：在射頻解調(diào)過(guò)程中，保持信號(hào)的完整性和準(zhǔn)確性，提高解調(diào)性能。
• 數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)：作為前端采樣器件，增強(qiáng)接收機(jī)的輸入帶寬和線性度。
• 高速峰值檢測(cè)器：快速準(zhǔn)確地檢測(cè)信號(hào)的峰值，為后續(xù)處理提供關(guān)鍵信息。
• 軟件定義無(wú)線電：適應(yīng)不同的信號(hào)處理需求，提高無(wú)線電系統(tǒng)的靈活性和可配置性。
• 雷達(dá)、電子對(duì)抗和電子情報(bào)系統(tǒng)：在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，提供可靠的信號(hào)處理能力。
• 高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）去毛刺：減少 DAC 輸出信號(hào)中的毛刺，提高輸出信號(hào)的質(zhì)量。

電氣規(guī)格

輸入?yún)?shù)

• 模擬輸入（INP, INN）：差分滿量程范圍為 ±0.1 V p - p，輸入電阻為 50 Ω，在 0 GHz 至 12 GHz 和 12 GHz 至 18 GHz 頻段的回波損耗分別為 12.5 dB 和 6 dB，輸入共模電壓為 0 V。
• 時(shí)鐘輸入（CLKAP, CLKAN, CLKBP, CLKBN）：直流差分時(shí)鐘電壓高電平為 40 mV，低電平為 -40 mV，正弦輸入幅度為 2 至 4 V，輸入共模電壓為 0 V，時(shí)鐘擺率為 18 V/ns，回波損耗為 11 dB，輸入電阻為 50 Ω。

輸出參數(shù)

• 模擬輸出（OUTP, OUTN）：差分滿量程范圍為 ±50 V p - p，共模輸出電壓為 0 V，差分輸出電壓為 0 mV，輸出阻抗為 50 Ω，在 0 GHz 至 5 GHz 頻段的回波損耗為 14 dB。
• 跟蹤模式動(dòng)態(tài)參數(shù)：基帶增益為 0 dB，跟蹤模式帶寬為 5.1 GHz，采樣帶寬為 18 GHz，差分下垂率（線性分量）為 -1.4 %/ns，差分下垂率幅度（固定分量）為 0 dB，饋通抑制 ≥65 dB，積分噪聲為 1.45 mV rms，最大保持時(shí)間為 4 ns。

電源要求

• VEE 電壓：(V{EE})、(V{EE}CLK1) 和 (V_{EE}CLK2) 的電壓范圍為 -5 V 至 -4.5 V，電流為 -357 mA。
• 功耗：約為 2.34 W。

絕對(duì)最大額定值

為了確保器件的安全和可靠運(yùn)行，需要注意以下絕對(duì)最大額定值：

• 電源電壓：(V{CC}THx)、(V{CC}OFx) 和 (V{CC}CLKx) 為 2.1 V DC，(V{CC}OB) 為 3 V DC，(V{EE}) 和 (V{EE}CLK) 為 -5.25 V DC。
• 輸入功率：時(shí)鐘輸入（CLKAP, CLKAN, CLKBP, CLKBN）和模擬輸入（INP, INN）的最大輸入功率均為 10 dBm。
• 結(jié)溫：最大結(jié)溫為 125°C。
• 連續(xù)功耗：在 (T = 85 °C) 時(shí)，最大連續(xù)功耗為 2.5 W。
• 回流焊溫度：最大峰值回流焊溫度（MSL3）為 260°C。
• 熱阻：結(jié)到封裝底部的熱阻為 16.0°C/W。
• 存儲(chǔ)溫度范圍：-65°C 至 +150°C。
• 工作溫度范圍：-40°C 至 +85°C。
• 靜電放電（ESD）敏感度：人體模型（HBM）為 1B 類(lèi)。

引腳配置與功能描述

HMC1061LC5 采用 32 引腳封裝，每個(gè)引腳都有特定的功能。以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

• 模擬輸入引腳（INP, INN）：差分信號(hào)輸入引腳，直流耦合，接地參考，輸入阻抗為 50 Ω，滿量程差分電壓為 1 V p - p，最大輸入電平為 10 dBm。
• 時(shí)鐘輸入引腳（CLKAP, CLKAN, CLKBP, CLKBN）：差分時(shí)鐘輸入引腳，為器件提供時(shí)鐘信號(hào)，輸入阻抗為 50 Ω，最大輸入電平為 10 dBm。
• 模擬輸出引腳（OUTP, OUTN）：差分輸出引腳，直流耦合，接地參考，輸出阻抗為 50 Ω，旨在直流或交流耦合到 50 Ω 負(fù)載阻抗。
• 電源引腳：包括 (V{EE})、(V{CC}CLK1)、(V{CC}CLK2)、(V{CC}OB) 等，為器件提供必要的電源。

典型性能特性

采樣傳遞函數(shù)

通過(guò)采樣傳遞函數(shù)曲線可以看出，HMC1061LC5 在寬頻范圍內(nèi)具有良好的頻率響應(yīng)，能夠準(zhǔn)確地采樣和處理輸入信號(hào)。

時(shí)域輸出波形

在不同的時(shí)鐘頻率和輸入信號(hào)頻率下，觀察時(shí)域輸出波形可以發(fā)現(xiàn)，輸出信號(hào)具有清晰的跟蹤和保持模式，且毛刺極小，信號(hào)質(zhì)量高。

無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）與總諧波失真（THD）

隨著輸入信號(hào)頻率和功率的變化，SFDR 和 THD 表現(xiàn)出一定的規(guī)律。在不同的輸入條件下，器件都能保持較好的動(dòng)態(tài)范圍和低諧波失真，確保信號(hào)的準(zhǔn)確性和純凈度。

工作原理

雙級(jí)結(jié)構(gòu)

HMC1061LC5 采用雙級(jí)跟蹤保持放大器結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)級(jí)聯(lián)的單級(jí)跟蹤保持放大器組成，它們的時(shí)鐘相位相差 180 度。當(dāng)主跟蹤保持放大器（TH1）處于保持模式時(shí)，從跟蹤保持放大器（TH2）處于跟蹤模式，反之亦然。這種結(jié)構(gòu)使得輸出波形能夠提供接近一個(gè)完整時(shí)鐘周期的保持樣本值，為下游的 ADC 提供穩(wěn)定、低高頻頻譜含量的波形。

時(shí)鐘配置

該器件可以通過(guò) CLK_SELECT 引腳進(jìn)行兩種時(shí)鐘配置：

• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：當(dāng) CLK_SELECT 引腳接地時(shí)，從跟蹤保持放大器使用從主時(shí)鐘（Clock A）派生和緩沖的內(nèi)部時(shí)鐘，內(nèi)部時(shí)鐘與主時(shí)鐘頻率相同。
• 外部時(shí)鐘模式：當(dāng) CLKSELECT 引腳連接到 (V{EE}) 電源時(shí)，允許外部時(shí)鐘 B 控制從跟蹤保持放大器。在這種模式下，用戶可以提供 Clock A 和 Clock B，并可以選擇使從時(shí)鐘與主時(shí)鐘頻率相同或不同，適用于抽取操作或其他復(fù)雜的時(shí)鐘方案。

線性度測(cè)量

在表征跟蹤保持放大器的線性度時(shí)，通常關(guān)注保持樣本的傳遞函數(shù)線性度（即跟蹤保持模式線性度）。對(duì)于 HMC1061LC5 這樣的雙級(jí)跟蹤保持放大器，需要對(duì)輸出波形的頻率響應(yīng)進(jìn)行校正。常用的線性度測(cè)量方法包括低頻拍頻產(chǎn)品技術(shù)和高頻拍頻產(chǎn)品測(cè)量，Analog Devices 采用這兩種方法來(lái)測(cè)量不同時(shí)鐘和信號(hào)頻率下的線性度。

應(yīng)用信息

評(píng)估印刷電路板（PCB）

HMC1061LC5 的評(píng)估 PCB 采用 RF 電路設(shè)計(jì)技術(shù)，信號(hào)線路阻抗為 50 Ω，封裝接地引腳直接連接到接地平面。同時(shí)，需要使用足夠數(shù)量的過(guò)孔連接頂層和底層接地平面，以提供良好的 RF 接地。評(píng)估板上還配備了各種連接器、電容、電感和電阻等元件，以滿足不同的測(cè)試需求。

應(yīng)用電路

評(píng)估 PCB 的應(yīng)用電路展示了如何為 HMC1061LC5 提供電源和輸入信號(hào)，以及如何連接輸出負(fù)載。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化。

總結(jié)

HMC1061LC5 是一款性能卓越的超寬帶雙級(jí)跟蹤保持放大器，具有高帶寬、高采樣率、低噪聲和良好的線性度等優(yōu)點(diǎn)。它適用于多種射頻和高速信號(hào)處理應(yīng)用，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。在設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中，需要注意電氣規(guī)格、絕對(duì)最大額定值、引腳配置和工作原理等方面，以確保器件的正常運(yùn)行和性能發(fā)揮。你在使用類(lèi)似的跟蹤保持放大器時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。