高速放大器設計三大常見(jiàn)問(wèn)題， TI 幫您攻克

在使用高速放大器進(jìn)行設計時(shí)，一定要熟悉其通用的規格并了解其特定概念。在本文中，高速放大器是指增益帶寬積（GBW）大于或等于50 MHz的運算放大器（op amps），但這些概念也適用于低速器件。以下設計師在使用高速放大器時(shí)遇到的一些常見(jiàn)問(wèn)題。

問(wèn)：為什么某些高速運算放大器具有最小增益規格？

答：失補償的運算放大器具有閉環(huán)最小增益穩定規格，但與單位增益穩定的同類(lèi)產(chǎn)品相比，在相同電流消耗下，其可提供更大的GBW和更低的噪聲。

 “失補償”僅表示Aol（開(kāi)環(huán)增益）響應曲線(xiàn)中具有第二個(gè)高于0 dB的極點(diǎn)。這第二個(gè)極點(diǎn)還規定了確保放大器穩定性所需的最小增益。想象一下Aol曲線(xiàn)“上移”，如圖1所示。增加的Aol會(huì )導致更寬的帶寬。

圖1 失補償放大器的開(kāi)環(huán)增益響應曲線(xiàn)

縮小放大器輸入對中的負反饋電阻的尺寸會(huì )增加Aol，如圖2所示。更小的負反饋電阻還有助于降低放大器噪聲。

圖2 運算放大器中的負反饋電阻

 OPA858 和 OPA859 分別是失補償和單位增益穩定放大器的兩個(gè)示例。對于相同的電流消耗，OPA858 具有更寬的帶寬和更低的噪聲，如表1所示。

表1 比較失補償的放大器和單位增益穩定的放大器

除增加帶寬和降低噪聲外，失補償體系結構還可實(shí)現更高的壓擺率?？傮w而言，最小增益規格提供了性能折衷。這意味著(zhù)如果您放棄單位增益并滿(mǎn)足最小增益要求，則可利用該性能。有望輕松滿(mǎn)足最小增益規格的應用示例包括電流檢測電路。其可測量并聯(lián)電阻上的電壓、信號鏈中的增益級和跨阻電路。

問(wèn)：什么是電流反饋放大器？

答： 電流反饋放大器是一種通過(guò)將一部分輸出信號作為電流反饋以實(shí)現對于放大器的控制的運算放大器。電流反饋放大器不同于依賴(lài)于電壓形式的反饋的電壓反饋放大器。大多數設計人員都了解電壓反饋體系結構，因為它們在大多數電子課程中它們很常見(jiàn)并作為重點(diǎn)出現。

圖3提供了電壓和電流反饋放大器體系結構的基本輸入級比較，其中電壓反饋放大器建模為電壓控制電壓源，電流反饋放大器建模為電流控制電壓源。

圖3 比較電壓和電流反饋運算放大器體系結構

兩種體系結構仍被用作負反饋電路中的誤差放大器，但它們所需的反饋類(lèi)型有所差異。例如，您可在反相和同相增益配置中使用其中任何一種放大器。電流反饋體系結構的一個(gè)明顯優(yōu)勢是帶寬不取決于增益。但在電壓反饋體系結構中，隨著(zhù)增益的增加，帶寬減小，如公式1所示：

如圖4所示，在電流反饋體系結構中，無(wú)論增益如何，帶寬幾乎保持恒定，。該圖如 THS3491 數據表中所示。

圖4 電流反饋運算放大器的增益和帶寬關(guān)系

表2 比較了電壓和電流反饋放大器之間的一些主要區別。

表2 比較電壓反饋和電流反饋放大器的應用

請注意：電流反饋放大器的操作并非指在反饋路徑中沒(méi)有電阻。電流反饋放大器數據手冊將對RF的指定值提出建議；這些值很重要，因為RF值決定了放大器，甚至單位增益的補償。如圖4，表3來(lái)自 THS3491 數據表。

表3 來(lái)自 THS3491 數據表的RF 推薦值示例

問(wèn)：為什么將高速放大器放在電路實(shí)驗板上時(shí)會(huì )發(fā)生振蕩？

答：一般而言，封裝引線(xiàn)的電感以及電路試驗板的電容和電感很可能導致高速放大器振蕩。同樣，在使用高速運算放大器進(jìn)行設計時(shí)，最小化印刷電路板（PCB）上的電容和電感是至關(guān)重要的。即使是高速放大器GBW頻譜下端的器件，如50MHz  OPA607 ，也需要這些類(lèi)型的電路板級設計注意事項。

可通過(guò)以下幾種方法來(lái)優(yōu)化高速布局設計：

■   最小化走線(xiàn)長(cháng)度。最小化走線(xiàn)長(cháng)度可減少額外的電容和電感。

■   使用固定接地平面。對于高速設計而言，固定接地平面通常比散列平面更佳。

■   去除信號走線(xiàn)下方的接地層。去除器件輸入和輸出下方的接地層金屬有助于減少敏感節點(diǎn)上的寄生電容。

■   最小化信號路徑上的通孔。通孔會(huì )增加電感，并可能在高于100 Mhz的頻率下引起信號保真度問(wèn)題。為降低信號保真度，請將關(guān)鍵信號與放大器在同一層布線(xiàn)，以消除任何通孔。

■   優(yōu)化返回電流路徑。信號走線(xiàn)布局設計應盡量減少整個(gè)信號路環(huán)面積，從而使電感最小。

■   正確放置和布線(xiàn)旁路電容器。在電路板的同一層上，放置旁路電容器時(shí)應盡可能靠近放大器。使用較寬的走線(xiàn)，并將測通孔布線(xiàn)到旁路電容器，然后再到放大器，而非布線(xiàn)在電容器和放大器之間。

■   正確放置電阻。將增益設定電阻、反饋電阻和串聯(lián)輸出電阻置于靠近器件管腳的位置，以最大程度地減少電路板寄生效應。

評估高速運算放大器的性能時(shí)，最好對特定器件使用指定的評估模塊。這些電路板展示了良好的高速電路板布局設計，并使用SMA連接器來(lái)維持高保真度和阻抗受控的信號路徑。有關(guān)高速電路板布局實(shí)踐的更多詳細信息，請閱讀 高速PCB布局技術(shù) 。

總體而言，高速運算放大器的運行方式與低速運算放大器相當。只需考慮一些設計上的細微差別，就可以利用它們?yōu)槟愕南到y提供的所有速度和性能優(yōu)勢。以上哪些問(wèn)題與您最相關(guān)？請在下方發(fā)表評論。

有關(guān)這兩種體系結構之間差異的更多詳細信息，請查看 了解電壓反饋和電流反饋放大器 。還可通過(guò)觀(guān)看 TI高精度實(shí)驗室在線(xiàn)培訓視頻 來(lái)了解有關(guān)電流反饋體系結構的更多信息。