设计分析:高速应用中电流反馈运放电路
图4:利用串联输出电阻实现对容性负载的隔离 |
如图4所示,通过引入一个电阻(ROUT),放大器几乎可以驱动任何大小的电容而没有稳定性问题。这是电压和电流两种反馈放大器常用的技术,当驱动高速模/数转换器时,该技术特别有用。ROUT电阻被放置在运放和容性负载(即ADC)之间。只要电路板空间允许,要把电阻靠近放大器放置。
图5:LMH6738推荐的ROUT与容性负载的对比 |
在图5中,图表上的曲线显示了根据电容大小建议的ROUT电阻数值。该图表是根据1kΩ的阻性负载绘制的。如果RL的数值较小,ROUT也可以更小。另一个选项是把ROUT放在反馈环之内(图中没有标出)。你可以把RF连接到隔离电阻的输出侧,而不是图中ROUT和放大器之间用RF连接。这样做将保持增益的精度,但是跟在其它例子中一样,你将仍然在隔离电阻上损失相同大小的电压摆幅。尽管该技术确实有其缺陷,但应该这样实现。
因为电阻和电容形成一种低通滤波器,对于这种电路的应用,存在某种带宽的损失。实际应用表明,无论电阻阻值多大,电容越大就越难驱动,并降低带宽。
降低系统噪声
如果你正在构建一种IF放大器或低频RF放大器,那么把噪声最小化就特别重要。利用电流反馈放大器,增加反馈电阻常常能减小系统的噪声,这是因为频率响应衰减得比电阻噪声的上升要快。
为了减小跟随放大器电路的那部分噪声,非常重要的一点是仅仅采用必需的带宽,而不要选用超过应用需求的带宽。除了采用反馈电阻的最佳数值之外,你可以给电路添加附加的滤波电路。
利用Sallen-Key滤波器拓扑,滤波器常常可以被恰当地合并到放大器的反馈网络中。如果可能的话,交流耦合将有助于消除低频噪声,那常常就是所谓的1/f噪声,目标是滤除在你的放大带宽之外的所有噪声。从系统的层面考虑,要求在电路中尽早布置最低噪声和最高增益的模块。你提高增益越早,其后噪声对你的信号的影响就越小。如果可能的话,要避免大的信号源电阻,电阻增加的热噪声与电阻值成正比。
电压反馈放大器的优势
如果比较电流反馈和电压反馈两种放大器,你会发现电压反馈放大器在某些方面可能具有一定优势。利用电流反馈拓扑,输入偏置电流并没有系统地匹配。正相输入比反相输入阻抗更大-通常具有更低的输入偏置电流。反相输入偏置电流通常将比较大,如果偏置电流必须流过大阻值的电阻的话,这样做可能导致输入电压的偏移。
在电流反馈器件上的偏移电压可以被匹配并使之相当小,但从系统的观点看,它们不可能完全为零。所以,虽然典型的电流反馈放大器的偏置电压可以被设计得非常好,但是它将随着正常的工艺批号及温度而变化比较大。如果需要非常高精度的输入偏置电压,那么电压反馈放大器通常是比较好的选择。
电流反馈放大器的缓冲器配置需要一个反馈电阻,而电压反馈放大器可以采取直接短路连接。这样做通常没有问题,除非在设计中取代现有的电压反馈放大器。最后,在电流反馈放大器的反馈环路中,电容会引起不稳定性。一些常用的电路拓扑不适合于电流反馈放大器,对于大多数这些电路,需要重新设计电路板,以使之满足电流反馈放大器工作的要求。