采用低成本的高速運算放大器在消費類電子中的應(yīng)用
發(fā)布時間:2020-08-24 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】與典型的時鐘緩沖應(yīng)用相比,消費類電子應(yīng)用的工作頻率較低,需求較少,采用低成本的高速運算放大器(~100MHz帶寬)可以提供比傳統(tǒng)的時鐘緩沖器更具吸引力的替代方案。高速放大器比傳統(tǒng)的時鐘緩沖器更便宜,同時也能適應(yīng)更多種類的設(shè)計配置。
與典型的時鐘緩沖應(yīng)用相比,消費類電子應(yīng)用的工作頻率較低,需求較少,采用低成本的高速運算放大器(~100MHz帶寬)可以提供比傳統(tǒng)的時鐘緩沖器更具吸引力的替代方案。高速放大器比傳統(tǒng)的時鐘緩沖器更便宜,同時也能適應(yīng)更多種類的設(shè)計配置。
對于低成本的時鐘緩沖器而言,ADA4850 (-1/-2)、ADA4851 (-1/-2/-4)、ADA4853 (-1/-2/-3)和AD8061單電源運算放大器都是很好的選擇。這些放大器都具有低電源電壓、低電源電流、支持功耗敏感應(yīng)用的省電模式,以及軌對軌輸出等特性,可以實現(xiàn)寬動態(tài)范圍。
與傳統(tǒng)的時鐘緩沖器相比,運算放大器的一個優(yōu)點是具有靈活性。運算放大器可以將時鐘脈沖進(jìn)行緩沖、放大、失調(diào)、反向、相加、相減或濾波。它們提供高輸入阻抗、低輸入偏置電流、低電源電流、獨立的省電模式(針對單個封裝中的多個放大器)、低輸出阻抗,以及低傳播延遲。
當(dāng)在時鐘緩沖應(yīng)用中使用運算放大器時,設(shè)計者必須認(rèn)識到并遵循一些工作限制。以電壓反饋型放大器的增益帶寬積為例,當(dāng)放大器電路的閉環(huán)增益增加時,它的帶寬會降低,因此較大的增益意味著較小的帶寬。將多個低增益放大器進(jìn)行級聯(lián)以達(dá)到較高的帶寬,由此確保信號路徑的總體增益和帶寬。
單電源工作對于便攜式電子設(shè)備來說是很重要的。根據(jù)定義,單電源運算放大器的輸入共模范圍包括負(fù)軌(地),大部分甚至比地還低200mV,但這并不表示輸出電壓的擺幅可以到地以下。典型軌對軌放大器的輸出級采用共發(fā)射極配置。因此,輸出電壓和軌電壓的最小差距是Vce(sat),其范圍可以從數(shù)十毫伏到數(shù)百毫伏,具體取決于輸出負(fù)載。
幸運的是,在這些應(yīng)用中,輸出電壓的擺幅通常不需要總是達(dá)到地電壓。但是,當(dāng)輸入太接近地時(大約100mv~200mv),輸出級可能會達(dá)到飽和,導(dǎo)致失真以及較長的恢復(fù)時間。在直流耦合系統(tǒng)中,應(yīng)該確保信號電壓的低點高于200mV,或使用-200mV的負(fù)供電電壓,這兩種方法都可以避免輸出級進(jìn)入飽和狀態(tài)。
放大器對裕量也有要求,也就是其電壓的擺幅與正電源電壓之間能夠有多接近,因此還必須留意輸入共模范圍的高端。如果輸入電壓太高,輸出電壓會失真并被截斷。
ADA4850和ADA4851需要2.2V的裕量,AD8061需要1.8V的裕量,而ADA4853僅需要1.2V的裕量。
圖1所示的是一個增益為2的單電源同向運算放大器時鐘緩沖器,圖2所示的是它的瞬態(tài)響應(yīng)。按照配置,AD8061的上限約為33MHz,其2ns的傳輸延遲可與一些專用的時鐘緩沖器相媲美。
圖1. 同向運算放大器時鐘緩沖器
圖2. 33MHz頻率下,增益=+2的瞬態(tài)響應(yīng)
在某些應(yīng)用中可以使用交流耦合,它允許使用更高帶寬的放大器以擴(kuò)展頻率性能。通過將輸入和輸出偏壓至電源電壓的中間值,這些放大器可被用于單電源應(yīng)用中。
圖3所示的是使用AD8057高速放大器的設(shè)計,這款器件具有325MHz帶寬和1150V/μs壓擺率,在此電路設(shè)置為單位增益。應(yīng)當(dāng)注意的是,通過隔直電容C6后,負(fù)載上的電壓與輸入信號Vin上的交流分量相等,且不含直流分量。這個電路的工作頻率范圍接近100MHz。圖4所示的是時鐘響應(yīng),可以看到當(dāng)頻率高達(dá)90MHz時仍然可以維持較好的脈沖保真度。
圖3. 交流耦合時鐘緩沖器(單位增益)
圖4. 交流耦合時鐘緩沖器瞬態(tài)響應(yīng)
如上所示,當(dāng)設(shè)計時鐘緩沖器時,高速放大器往往能夠以更低的成本提供更多的靈活性,在許多應(yīng)用中都能夠同傳統(tǒng)的時鐘緩沖器相競爭。針對具體的應(yīng)用,還可以選擇使用單電源放大器或雙電源放大器。
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