在使用高速放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要熟悉其通用的規(guī)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(yùn)算放大器（op amps），但這些概念也適用于低速器件。以下設(shè)計(jì)師在使用高速放大器時(shí)遇到的一些常見問題。
問：為什么某些高速運(yùn)算放大器具有最小增益規(guī)格？
答：失補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器具有閉環(huán)最小增益穩(wěn)定規(guī)格，但與單位增益穩(wěn)定的同類產(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(bǔ)償"僅表示Aol（開環(huán)增益）響應(yīng)曲線中具有第二個(gè)高于0 dB的極點(diǎn)。這第二個(gè)極點(diǎn)還規(guī)定了確保放大器穩(wěn)定性所需的最小增益。想象一下Aol曲線"上移"，如圖1所示。增加的Aol會(huì)導(dǎo)致更寬的帶寬。
圖1：失補(bǔ)償放大器的開環(huán)增益響應(yīng)曲線
縮小放大器輸入對(duì)中的負(fù)反饋電阻的尺寸會(huì)增加Aol，如圖2所示。更小的負(fù)反饋電阻還有助于降低放大器噪聲。
圖2：運(yùn)算放大器中的負(fù)反饋電阻
OPA858 和 OPA859分別是失補(bǔ)償和單位增益穩(wěn)定放大器的兩個(gè)示例。對(duì)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。
| OPA858 （失補(bǔ)償） | OPA859 （單位增益穩(wěn)定） |
靜態(tài)電流（IQ） | 20.5 mA | 20.5 mA |
增益帶寬（GBW） | 5,500 MHz | 900 MHz |
電壓噪聲（Vn） | 2.5 nV/√Hz | 3.3 nV/√Hz |
壓擺率 | 2,000 V/μs | 1,150 V/μs |
最小增益（Acl） | 7 V/V | 1 V/V |
表1：比較失補(bǔ)償?shù)姆糯笃骱蛦挝辉鲆娣€(wěn)定的放大器
除增加帶寬和降低噪聲外，失補(bǔ)償體系結(jié)構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)更高的壓擺率。總體而言，最小增益規(guī)格提供了性能折衷。這意味著如果您放棄單位增益并滿足最小增益要求，則可利用該性能。有望輕松滿足最小增益規(guī)格的應(yīng)用示例包括電流檢測(cè)電路。其可測(cè)量并聯(lián)電阻上的電壓、信號(hào)鏈中的增益級(jí)和跨阻電路。
問：什么是電流反饋放大器？
答： 電流反饋放大器是一種通過將一部分輸出信號(hào)作為電流反饋以實(shí)現(xiàn)對(duì)于放大器的控制的運(yùn)算放大器。電流反饋放大器不同于依賴于電壓形式的反饋的電壓反饋放大器。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都了解電壓反饋體系結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖蠖鄶?shù)電子課程中它們很常見并作為重點(diǎn)出現(xiàn)。
圖3提供了電壓和電流反饋放大器體系結(jié)構(gòu)的基本輸入級(jí)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(yùn)算放大器體系結(jié)構(gòu)
兩種體系結(jié)構(gòu)仍被用作負(fù)反饋電路中的誤差放大器，但它們所需的反饋類型有所差異。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(jié)構(gòu)的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是帶寬不取決于增益。但在電壓反饋體系結(jié)構(gòu)中，隨著增益的增加，帶寬減小，如公式1所示：
如圖4所示，在電流反饋體系結(jié)構(gòu)中，無論增益如何，帶寬幾乎保持恒定，。該圖如THS3491數(shù)據(jù)表中所示。
圖4：電流反饋運(yùn)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(qū)別。
| 電壓反饋放大器 | 電流反饋放大器 |
帶寬 | 帶寬隨增益而變化 | 隨增益幾乎恒定的帶寬 |
直流精度 | 良好 | 較差 |
輸出擺幅 | 許多軌到軌輸出選件 | 輸出需要更大的凈空 |
失真 | 更佳的低頻失真 | 更佳的高頻失真 |
壓擺率 | 限擺率 | 很高的壓擺率，可實(shí)現(xiàn)高全功率帶寬 |
增益穩(wěn)定 | 對(duì)失補(bǔ)償放大器的最小穩(wěn)定增益的限制 | 如果反饋互阻保持恒定，則跨增益穩(wěn)定 |
噪聲 | 低輸入?yún)⒖茧妷汉碗娏髟肼?/span> | 輸入?yún)⒖茧娏髟肼曒^高（反相和同相輸入不相等） |
典型應(yīng)用 | 需要直流精度的應(yīng)用 面向脈沖的應(yīng)用 高速、精確的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）接口 跨阻抗應(yīng)用 | 數(shù)模轉(zhuǎn)換器接口 輸出驅(qū)動(dòng)器 高速ADC接口 Sallen-Key濾波器 |
表2：比較電壓反饋和電流反饋放大器的應(yīng)用
請(qǐng)注意：電流反饋放大器的操作并非指在反饋路徑中沒有電阻。電流反饋放大器數(shù)據(jù)手冊(cè)將對(duì)RF的指定值提出建議；這些值很重要，因?yàn)镽F值決定了放大器，甚至單位增益的補(bǔ)償。如圖4，表3來自THS3491數(shù)據(jù)表。
增益(V/V) | RGT封裝 | DDA封裝 |
RG(Ω) | RF(Ω) | RG(Ω) | RF(Ω) |
2 | 976 | 976 | 2.1k | 2.1k |
5 | 143 | 576 | 200 | 798 |
10 | 54.9 | 499 | 78.7 | 704 |
20 | 20 | 383 | 29.4 | 564 |
表3：來自THS3491數(shù)據(jù)表的RF 推薦值示例
有關(guān)這兩種體系結(jié)構(gòu)之間差異的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)查看了解電壓反饋和電流反饋放大器。還可通過觀看TI高精度實(shí)驗(yàn)室在線培訓(xùn)視頻來了解有關(guān)電流反饋體系結(jié)構(gòu)的更多信息。
問：為什么將高速放大器放在電路實(shí)驗(yàn)板上時(shí)會(huì)發(fā)生振蕩？
答：一般而言，封裝引線的電感以及電路試驗(yàn)板的電容和電感很可能導(dǎo)致高速放大器振蕩。同樣，在使用高速運(yùn)算放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)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，也需要這些類型的電路板級(jí)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。
可通過以下幾種方法來優(yōu)化高速布局設(shè)計(jì)：
●最小化走線長(zhǎng)度。最小化走線長(zhǎng)度可減少額外的電容和電感。
●使用固定接地平面。對(duì)于高速設(shè)計(jì)而言，固定接地平面通常比散列平面更佳。
●去除信號(hào)走線下方的接地層。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(jié)點(diǎn)上的寄生電容。
●最小化信號(hào)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(hào)保真度問題。為降低信號(hào)保真度，請(qǐng)將關(guān)鍵信號(hào)與放大器在同一層布線，以消除任何通孔。
●優(yōu)化返回電流路徑。信號(hào)走線布局設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少整個(gè)信號(hào)路環(huán)面積，從而使電感最小。
●正確放置和布線旁路電容器。在電路板的同一層上，放置旁路電容器時(shí)應(yīng)盡可能靠近放大器。使用較寬的走線，并將測(cè)通孔布線到旁路電容器，然后再到放大器，而非布線在電容器和放大器之間。
●正確放置電阻。將增益設(shè)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(yīng)。
