硬件设计---巴伦的选型、分类及应用

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1、前言

随着高速电路行业的发展，差分信号由于其抗共模干扰的巨大优势，在高速电路中应用非常广泛，但是当电路板之间的高速信号连接时我们常常使用同轴线进行连接，其屏蔽效果可以达到比较好的传输质量，但同轴线由于工艺只能做成单端信号的形式，那么在PCB板内传输的差分信号如何转换成单端信号对外接出呢？这个时候巴伦就发挥了作用，巴伦可以实现平衡端和不平衡端之间的转换、阻抗变换、共模电流抑制等功能。
2、性能指标

# ~9 C. a! p3 r" Z0 o$ t$ d+ u1 X, L$ Y根据需求选择符合要求的巴伦，首先需要考虑其主要性能参数，尤其是高速ADC前端的巴伦，对其差分端幅度和相位不平衡度要求很高，因为其严重影响ADC输出偶次谐波分量，因此选型时需要格外关注其幅相不平衡度，同时还要考虑阻抗比，因为单端转换出的差分信号阻抗需要和ADC输入端口阻抗匹配以减少回波损耗。
) e: M1 h$ A3 S1 J& ]2.1、 频率范围
8 S# J$ F0 k9 {
5 [$ x# v2 K$ I& ]即其工作频率范围，通常输入频率范围和其他参数都有关联，比如幅相参数、损耗等，通常手册中都会给出其之间的变化曲线。
$ J3 r6 \; B8 _3 U) I, u8 @
* J3 K8 ~9 i) ^! q9 \- e5 y2.2、 相位平衡度

: v/ O3 J9 E. w巴伦的一项重要指标为其平衡性，即两个输出（理论差分两端相位相差180度）实际相位差与理论相位差的偏差，一般情况下幅度平衡度减小0.1dB，CMRR将提高0.1dB，这个参数我们肯定是希望越小越好，尤其是在高速ADC中，相位不平衡度对谐波影响很大比幅度不平衡度更甚，下图为相位不平衡度与频率关系。

2.3、 幅度平衡度

* d" r+ I5 {" |& j, a) f  _1 ]3 G幅度平衡是指输出差分两端功率之间匹配，两端输出功率差值称为幅度不平衡度，一般情况下幅度平衡度提高0.1dB，CMRR将提高0.1dB，这个参数希望越小越好，比如对ADC前端来说幅度平衡度差也会影响其二次谐波，下图为幅度不平衡度与频率关系。
. X; ]3 k; W( G: Q2 D
, C: _  Z9 e, F" a% @+ ~2.4、 阻抗比
6 g+ z$ J- N) M4 C+ s- O- T
) V; X# X9 U) P/ y" {$ E5 ~1 K不平衡与平衡阻抗之比1：n，常见有1:1，1:2阻抗比巴伦，用于平衡端和非平衡端阻抗变换，差分阻抗为平衡线路之间的阻抗为信号线路对地阻抗的2倍，其中匝数比是磁通巴伦变压器的参数，其平方为阻抗比。
2.5、 插入损耗

+ X" W6 m) k6 _0 r+ b插入损耗定义为没有插入网络前负载获得的功率以及插入网络后负载获得功率之比，即插入巴伦之后带来的功率损失，这个值肯定希望越小越好。

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  t( @! u, w+ V4 U" z0 {6 M) W2.6、 回波损耗

1 U) x9 o7 [! p) Z& d回波损耗定义为入射功率和反射功率之比，这个值希望越大越好，即反射的信号越小越好。
( K% n+ ?+ I6 h( V2 K
! q9 a) ~& w$ U  k* B1 r1 t- E7 z
2.7、 共模抑制比
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巴伦对注入平衡端口的相同信号进行抑制的能力称为共模抑制比(CMRR)。
8 Y, B; v0 R! h. g! d2 m. L$ f3、 应用场景
1 z, f, x; B3 G7 G: f" Q4 J
最典型的应用场景是高速ADC前端电路、DAC后级电路等，常常使用巴伦进行单端和差分信号转换，为了减小幅相不平衡的影响，通常采用背靠背的两个巴伦实现，有以下两种常见应用分别实现不同阻抗比（1:1和1:2两种），根据具体ADC要求采用不同的阻抗比巴伦。
8 r) G4 g8 J" p$ u' `0 t3 J


3 A) v* X) z* d4 m, L

CRAZY_argentina

巴伦可以分为三种，分别为同轴线巴伦， LC巴伦， 微带线巴伦。

Crash

首先把平衡度的复阻抗串联电感，使其谐振。
依据不平衡端阻抗50欧姆， 平衡端阻抗100欧姆，计算得到对应的电感电容。
根据计算得到的电感电容设计对应的巴伦后，在平衡端加上第一步计算的电感即可。

架海梁心

传输线结构的巴伦，更适合短波通信，其性能好、取材方便、制作容易，但其理论不易理解，
造成很多朋友将其搞成了磁耦合变压器结构，出现频带窄、功率容量小、驻波不平坦的问题，

TTL123

谢谢，对巴伦有了初步了解