纖巧型放大器可快速驅動(dòng)重電容性負載

　　在電子電路中，寄生電容可謂無(wú)處不在。FET 柵極、布線(xiàn)、地和電源平面都會(huì )導致電容底線(xiàn)的增加。當高速電路中的電容性負載變得很重時(shí)，謹慎仔細的運算放大器選擇對于優(yōu)化轉換速率、電流輸出能力、功耗和反饋環(huán)路穩定性而言極為重要。

　　苛刻的電路要求

　　例如，假設由一個(gè) 100MHz、2VP-P 正弦波信號來(lái)驅動(dòng)一個(gè) 350pF 的電容性負載。在這種情況下，所需的無(wú)失真最小轉換速率為：

　　SRMIN = 2πfVPK

　　SRMIN = 2π (100MHz) (1V) ≈ 630 V

　　轉換速率設定了最大輸出電流 —– 放大器正在給一個(gè)電容器充電，因此，最大輸出電流將出現在最大轉換速率條件下。

　　I = C dV

　　I = (350pF) 630 V ≈ 220mA

　　最大功耗是一項重要的考慮因素。對于一個(gè)采用 ±5V 工作電源的運算放大器，假設電容性負載在 0V 條件下起動(dòng)并以最大電流進(jìn)行充電，則峰值功率為：

　　P = IV

　　P = (220mA) (5V) ≈ 1.1W

　　當采用一個(gè)具有 135°C/W 熱阻的封裝時(shí)，這種非常連續的功率將導致芯片溫度上升 148°C。如果環(huán)境溫度為 85°C，則將使芯片溫度達到足以熔化封裝的 233°C！

　　為了使 CLOAD 與放大器隔離，設計方案可以采用一個(gè)串聯(lián)電阻器 RS。當電阻器或電容性負載變得非常大的時(shí)候，這種方法最終將限制帶寬。由于該 RC 時(shí)間常數所造成的帶寬縮減有可能對性能產(chǎn)生限制。當采用電流反饋放大器時(shí)，增大反饋電阻器 RF 是一種用于抑制峰化的替代補償方法。

　　纖巧型電流反饋放大器

　　對于上述的高速、大電容性負載實(shí)例，400MHz 電流反饋放大器系列 LT1395/LT1396/LT1397 肯定可以滿(mǎn)足轉換速率要求。LT1395/LT1396/LT1397 能夠迅速地處理大信號，并提供 80mA 的最小保證輸出電流。不過(guò)，對于上例來(lái)說(shuō)，該放大器系列達不到 220mA 的電流要求。在這種場(chǎng)合，雖然一個(gè)放大器或許不夠，但 4 個(gè)肯定足夠了。把這些放大器并聯(lián)起來(lái)將能夠滿(mǎn)足電流要求，同時(shí)維持安全的功耗和穩定性。

　　LT1397 四通道放大器專(zhuān)為在保持上佳熱特性時(shí)推動(dòng)大電流負載而設計。纖巧型 4mm x 3mm DFN 封裝的銅質(zhì)下腹部把熱阻降至 43°C/W，就上面所舉的例子來(lái)說(shuō)，芯片溫度將僅會(huì )上升至比環(huán)境溫度高 47°C 的水平。

　　元件的選擇和測試

　　無(wú)需組裝完整的并聯(lián)配置，可以構建一個(gè)單放大器測試電路，用于檢查負載電容除以所采用放大器數目的結果 (CLOAD/4)。

　　剩下的工作便是選擇反饋電阻器 (RF) 和串聯(lián)電阻器 (RS) 的合適阻值，以最大限度地增加 -3dB 帶寬，并充分地實(shí)現頻率響應中峰化值的最小化。不管是 RF 還是 RS ，較小的阻值都將導致帶寬和峰化的增加。RF 具有一個(gè)約 255Ω 的實(shí)際下限。當負載電容增加時(shí)，RF 和/或 RS 的阻值必須增大，以維持穩定性。

　　圖 2 示出了采用圖 1 所示的四放大器電路以及不同的 RF/RS 組合和 350pF 總負載電容時(shí)的測量結果。測量是在增益等于 1 的條件下進(jìn)行，因此未采用 RG。

　　圖 1：采用全部 4 個(gè)放大器 (LT1397) 來(lái)驅動(dòng)大電容性負載

　　圖 2：選擇用于驅動(dòng) 350pF 負載電容的合適 RF 和 RS (當并聯(lián) 4 個(gè) LT1397 放大器)

　　四放大器電路拓撲結構相比于單放大器的效力優(yōu)勢可從圖 3 看出。為了顯示一個(gè)更具代表性的效果，我們把負載電容增至原來(lái)的 3 倍 (1000pF)。四放大器并聯(lián)電路能夠在不到 10ns 的時(shí)間里把 4V 電壓轉換至 1000pF 的負載電容中。這對應于一個(gè) 400mA 的轉換輸出電流。單放大器結構的電流限值約為 140mA，從而降低了至該大電容性負載的轉換速率。對于單放大器配置，相同的 4V 轉換需要 28ns 的時(shí)間，這幾乎是四放大器配置的三倍。

　　圖 3：當驅動(dòng)一個(gè) 1000pF 電容性負載時(shí)，四放大器 配置的速度高于單放大器配置。單放大器配置的響應 時(shí)間比四放大器配置慢了近三倍。

　　結論

　　應始終考慮采用在一個(gè)纖巧的功率增強型封裝中的全部可用放大器，以提供快速轉換重電容性負載所需的驅動(dòng)能力。還應考慮使用電流反饋放大器 (例如：LT1397)，以簡(jiǎn)化非常寬帶寬電路的控制。