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概要

巴伦是通信领域硬件设计中非常常用的一种无源器件，以作者经常使用的射频收发器AD9361为例，巴伦一般放置在收发器的射频口TX/RX附近，承担着不为人知的神秘任务，很多同志也都是照抄祖传设计图或者官方的Demo板（包括作者本人），往往只知该元件设计的冰山一角。

通信电子领域发展多年，任何一个小的设计要求往往凝结无数前人的智慧和心血，以下内容为作者对巴伦设计的一些总结回顾。

巴伦的原理和作用

引用Mini-Circuits 的一篇应用笔记（Application Note on Transformers(AN-20-002)）

变压器属于无源器件，可对阻抗、电压、电流进行变换。除此之外，它还能实现电路直流隔离、共模抑制，以及平衡阻抗与非平衡阻抗的相互转换，相关功能后文详述。

变压器品类繁多，本文聚焦射频、微波信号场景所用型号。射频变压器核心由两个及以上绕组构成，绕组间依靠互感磁场耦合。当交流电压接入原边绕组时，会产生交变磁通量，磁通量大小由输入电流与绕组匝数决定；该互感磁通量耦合至副边绕组，进而感应出电压，副边电压幅值取决于其绕组匝数。

设计人员通过搭配原、副边绕组匝数，即可实现电压、电流、阻抗的升压 / 降压变换。

变压器主要用途如下：

1. 阻抗匹配：实现器件间最大功率传输；
2. 电压 / 电流变换：完成升压或降压；
3. 直流隔离：阻断电路间直流信号，同时保证交流信号正常传输；
4. 平衡 / 非平衡电路转接：适用于推挽放大器、模数转换器（ADC）等带平衡输入的芯片；
5. 共模抑制：应用于各类平衡电路架构中。

射频变压器一般将两根及以上绝缘铜线绞合，缠绕在磁性或非磁性磁芯外部 / 内部。根据设计与性能需求，磁芯可采用双孔磁芯、环形磁芯（圆环形）等结构。

导线焊接或锡焊在底座的金属焊盘与引脚上，磁芯与绕组整体封装于塑料、陶瓷或金属外壳内。

巴伦变压器经过多年发展，出现了多种结构样式，除了微带型、LC型等比较分立DIY的，常用的有以下几种

原文件可自行下载，非常值得一看，不同类型的巴伦在不同指标（频率、功率、体积、带宽、匝数比、直流隔离、成本等等）有不同的优势劣势，但是总之！在我们的常用设计中，他们都做了一件事，用最直白、最不绕弯子的话说那就是：保持变压器输入输出两侧端口的阻抗匹配！

以最常用的天线-巴伦-收发器结构为例，天线输出对地阻抗是50Ω，而低噪放或者PA的输入/出往往是差分的100Ω，单端对差分，50对100，很明显中间缺了一个桥梁，阻抗和电气不匹配这会造成严重的信号反射，所以人们发明了巴伦，完成平衡-不平衡的转换（Balance-Unbalance），差分端认为是平衡端，单端是不平衡端。

巴伦的核心指标

就是每一本巴伦手册最前面的参数表里面的指标：阻抗比、频率范围、插损、幅度相位不平衡度。

另外我们还能从线型中得知他的结构类型。

选型示例

经过上面的总结，接下来我们还是以上古真神AD9361举例，怎么选择合适巴伦：

首先需要着重参考的是手册AD9361 Reference Manual UG-570，在这篇手册的Rx SIGNAL PATH INTERFACE章节和Tx SIGNAL PATH INTERFACE章节介绍了收发口应该怎么接线，尤其要注意到的就是下面这个图

这说明AD9361在不同接收口、不同频率下它的阻抗是不一样的，所以应该根据实际应用选择合适阻抗比的外部巴伦，比如2.5Ghz的应用环境下，差分阻抗是50Ω，那就应该选择1：1的50Ω巴伦；比如300Mhz的应用环境下，差分阻抗是200Ω，那就应该选择1：4的50Ω巴伦，ADI官方基于开发板的环境也给了一些选型建议，如果你想获得最佳的体验，那就严格按照官方有一个S参数仿真文件去设计，如果基于成本、保守等考虑，无脑选择50欧姆 1：1的巴伦，不会有太大的问题的，无非就是输出功率稍低一些，输入驻波稍差一些。

所以说，一款合适的巴伦，就是根据芯片本身的特性，综合考虑频率、功率、体积、带宽、匝数比、直流隔离、成本等等方面因素。还是那句话，没有最好的选择，只有最合适的选择。

小结

最后放一些基础的链接和文件包

官方问答论坛

https://ez.analog.com/rf/wide-band-rf-transceivers/design-support/f/q-a/80333/rx-matching-for-ad9361

AN20-002（Application Note on Transformers）手册

https://download.csdn.net/download/RERERERDFDSDSDSD/92973566

一些官方开发板的处理方式

https://www.analog.com/en/search.html?resourceTypes=Evaluation%20Board