高速應(yīng)用中電流反饋運放電路

電路板的布局

一般來說，在電流反饋放大器或高速器件的應(yīng)用中，要仔細(xì)考慮的事情之一就是電路板的布局設(shè)計。表面安裝的陶瓷電源旁路電容要非常靠近該器件，典型距離小于3mm。如果需要更大的電容，可以在電路板上較遠(yuǎn)的地方布置電解電容。電路板上常常有電壓調(diào)節(jié)器，這時，在電壓調(diào)節(jié)器供應(yīng)商推薦的電解電容之外，不必要采用額外的電解電容。

布置在放大器附近的小陶瓷旁路電容為放大器的高頻響應(yīng)提供能量。根據(jù)放大器的速度和被放大的信號速度，可能要采用兩個數(shù)值大約相差10倍的陶瓷電容。例如，一個400MHz的放大器可能采用并連安裝的0.01uF和1nF電容。

當(dāng)購買電容時，核查其自諧振頻率至關(guān)重要，自諧振頻率在此頻率(400MHz)上下的電容毫無益處。地和電源層有助于為地電流和電源電流兩者提供低的阻抗路徑，在放大器的輸入和輸出引腳以及反饋電阻的下面，要避免走地和電源層，這樣做有助于通過減小不想要的寄生電容來維持放大器的穩(wěn)定性。

要在可能的地方嘗試采用表面貼裝器件，這些器件提供最佳的性能并占用的電路板空間也最小。電路板的布線應(yīng)該保持盡可能地短，并應(yīng)該調(diào)整其長寬以最小化寄生效應(yīng)。在電源布線上，最壞的寄生特性是直流電阻和自感，所以電源布線要盡可能地寬。另一方面，輸入和輸出連接線常常承載非常小的電流，所以容性寄生效應(yīng)對它們的危害最大。對于超過1cm的信號路徑，最好采用受控阻抗和兩端終接(匹配電阻)的傳輸線。

因為無法避免小量的寄生負(fù)載，電流反饋放大器的反饋電阻為特殊應(yīng)用提供調(diào)整放大器性能的靈活性。面對真正具有挑戰(zhàn)性的電路板設(shè)計，即使采用非常大的反饋電阻可能也是不夠的。

驅(qū)動容性負(fù)載

圖4：利用串聯(lián)輸出電阻實現(xiàn)對容性負(fù)載的隔離

如圖4所示，通過引入一個電阻(ROUT)，放大器幾乎可以驅(qū)動任何大小的電容而沒有穩(wěn)定性問題。這是電壓和電流兩種反饋放大器常用的技術(shù)，當(dāng)驅(qū)動高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器時，該技術(shù)特別有用。ROUT電阻被放置在運放和容性負(fù)載(即ADC)之間。只要電路板空間允許，要把電阻靠近放大器放置。

圖5：LMH6738推薦的ROUT與容性負(fù)載的對比

在圖5中，圖表上的曲線顯示了根據(jù)電容大小建議的ROUT電阻數(shù)值。該圖表是根據(jù)1kΩ的阻性負(fù)載繪制的。如果RL的數(shù)值較小，ROUT也可以更小。另一個選項是把ROUT放在反饋環(huán)之內(nèi)(圖中沒有標(biāo)出)。你可以把RF連接到隔離電阻的輸出側(cè)，而不是圖中ROUT和放大器之間用RF連接。這樣做將保持增益的精度，但是跟在其它例子中一樣，你將仍然在隔離電阻上損失相同大小的電壓擺幅。盡管該技術(shù)確實有其缺陷，但應(yīng)該這樣實現(xiàn)。

因為電阻和電容形成一種低通濾波器，對于這種電路的應(yīng)用，存在某種帶寬的損失。實際應(yīng)用表明，無論電阻阻值多大，電容越大就越難驅(qū)動，并降低帶寬。

降低系統(tǒng)噪聲

如果你正在構(gòu)建一種IF放大器或低頻RF放大器，那么把噪聲最小化就特別重要。利用電流反饋放大器，增加反饋電阻常常能減小系統(tǒng)的噪聲，這是因為頻率響應(yīng)衰減得比電阻噪聲的上升要快。

為了減小跟隨放大器電路的那部分噪聲，非常重要的一點是僅僅采用必需的帶寬，而不要選用超過應(yīng)用需求的帶寬。除了采用反饋電阻的最佳數(shù)值之外，你可以給電路添加附加的濾波電路。

利用Sallen-Key濾波器拓?fù)?，濾波器常?？梢员磺‘?dāng)?shù)睾喜⒌椒糯笃鞯姆答伨W(wǎng)絡(luò)中。如果可能的話，交流耦合將有助于消除低頻噪聲，那常常就是所謂的1/f噪聲，目標(biāo)是濾除在你的放大帶寬之外的所有噪聲。從系統(tǒng)的層面考慮，要求在電路中盡早布置最低噪聲和最高增益的模塊。你提高增益越早，其后噪聲對你的信號的影響就越小。如果可能的話，要避免大的信號源電阻，電阻增加的熱噪聲與電阻值成正比。

電壓反饋放大器的優(yōu)勢

如果比較電流反饋和電壓反饋兩種放大器，你會發(fā)現(xiàn)電壓反饋放大器在某些方面可能具有一定優(yōu)勢。利用電流反饋拓?fù)?，輸入偏置電流并沒有系統(tǒng)地匹配。正相輸入比反相輸入阻抗更大—通常具有更低的輸入偏置電流。反相輸入偏置電流通常將比較大，如果偏置電流必須流過大阻值的電阻的話，這樣做可能導(dǎo)致輸入電壓的偏移。

在電流反饋器件上的偏移電壓可以被匹配并使之相當(dāng)小，但從系統(tǒng)的觀點看，它們不可能完全為零。所以，雖然典型的電流反饋放大器的偏置電壓可以被設(shè)計得非常好，但是它將隨著正常的工藝批號及溫度而變化比較大。如果需要非常高精度的輸入偏置電壓，那么電壓反饋放大器通常是比較好的選擇。

電流反饋放大器的緩沖器配置需要一個反饋電阻，而電壓反饋放大器可以采取直接短路連接。這樣做通常沒有問題，除非在設(shè)計中取代現(xiàn)有的電壓反饋放大器。最后，在電流反饋放大器的反饋環(huán)路中，電容會引起不穩(wěn)定性。一些常用的電路拓?fù)洳贿m合于電流反饋放大器，對于大多數(shù)這些電路，需要重新設(shè)計電路板，以使之滿足電流反饋放大器工作的要求。

更多資訊請關(guān)注：21ic模擬頻道