关于balun的一些仿真和思考[通俗易懂]

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为了提高共模抑制能力，很多芯片的输入输出口会设计成差分口，在射频电路中也是如此。最近在项目测试中，一个关于balun的问题困扰了我很久，迟迟没有想明白。
我爸说：“当一个问题你久久思考却毫无头绪时，你就暂时放一放。也许有天突然开窍，你就想明白了。”

然后，今天我就突然想明白了，那么我们回归正题，说说我遇到的问题。

1、错误的初始设计，电路图如下：

IC端的差分输入端口是一个相对较高的阻抗（对于射频50ohm系统而言），balun嘛，就是一个阻抗变换的元件，那么如果差分端的阻抗是400ohm，对于1:1的balun而言，那么从单端看入的阻抗也是400ohm咯，为了使Term1端口匹配（在实际中，Term1就是我们的测试端口），就简单粗暴的在单端并接了50ohm到地。

让我们来看看，这样接之后端口的S11参数如何？

欸？匹配怎么会这么差？

2、来看看ADS里，理想balun的仿真结果

S11参数-24.6dB（匹配的很好！）

3、将原电路的50ohm并接在balun的差分端，而非单端，再看看仿真结果。

此时S11=-34.8dB也非常好。大功告成？over？

我们来看看S22如何？

几乎处于完全失配的状况~

4、那么为什么出现上述情况呢？

1. 仿真中理想的balun是一个任意阻抗变换器，从阻抗变换的角度去思考，确实S11参数很好；仿真结果与推论吻合！
2. 实际上，我们现实中使用的balun并不是任意阻抗变换器！在射频系统/电路中，1:1的balun，就是从50ohm变到50ohm，其变化仅仅由差分变为单端，1:2的balun，就是从100ohm变到50ohm，差分转单端。所有的指标测试结果，比如：端口驻波比，幅度/相位平衡度都是在端口阻抗满足要求的条件下得到的。
3. 在差分端并接50ohm，对于1:1的balun确实强行使term1 处S参数变得很好，但在IC的差分端发生了严重的反射，因为ZOUT=25ohm，而ZL=400ohm，计算得：
   
   是不是与仿真结果的1.06非常接近~~

5、我们应该如何去做呢？

正确做法是在balun的差分端和负载间，插入匹配网络，实现真正意义上的匹配。仿真可看到，经过匹配之后，S11，S22均小于-10dB。

6、总结：

1、实际的balun并不是任意阻抗变换器。
2、在balun的使用中，一定要让balun的端口处于端接50ohm的状态，如果不是，加匹配使之变到50ohm。

7、后记之答疑

因为写这篇文章的时间很早，后来博主又学习了一下关于巴伦的知识。有了更深刻的理解。看了评论区大家的疑惑，对此做出以下解答。

1、关于1:1balun、1:2balun…指的到底是什么？

答：对于微带线巴伦来说，1:1balun单端50Ω转差分50Ω；1:2balun单端50Ω转差分100Ω

对于很多陶瓷封装的 RF巴伦，我们不能用变压器电压电流的关系去理解阻抗变换，而要用微带线理论，用特性阻抗的思想去理解。推荐博文: 关于巴伦——Marchand巴伦.

so，why？

对于微带线巴伦，如果两侧的端接阻抗不是其镜像阻抗（关于镜像阻抗的概念，可参考微带滤波器微波滤波器——镜像参量法（二）.）（我感觉我好像越解释越复杂，但微波理论就是这样，相似相通，maxwell方程才是王道。）

举个例子：1:2巴伦，如果单端端接40欧，差分端端接80欧，阻抗比仍然是1:2，但其射频性能就会发生变化，比如巴伦的幅度平衡就会受到破坏。只有单端端接50欧，差分端端接100欧，才能保证其正常的RF性能。

2、差分50Ω是不是单端25Ω？

答：可以这么认为！更具体的说，差分50Ω指单端对地25Ω；同样的，差分100Ω指单端对地50Ω

如有疑惑，欢迎留言~