采用低成本的高速運算放大器在消費類電子中的應用
發布時間:2020-08-24 責任編輯:lina
【導讀】與典型的時鍾緩衝應用相比,消費類電子應用的工作頻率較低,需求較少,采用低成本的高速運算放大器(~100MHz帶寬)可以提供比傳統的時鍾緩衝器更具吸引力的替代方案。高速放大器比傳統的時鍾緩衝器更便宜,同時也能適應更多種類的設計配置。
與典型的時鍾緩衝應用相比,消費類電子應用的工作頻率較低,需求較少,采用低成本的高速運算放大器(~100MHz帶寬)可以提供比傳統的時鍾緩衝器更具吸引力的替代方案。高速放大器比傳統的時鍾緩衝器更便宜,同時也能適應更多種類的設計配置。
對於低成本的時鍾緩衝器而言,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、支持功耗敏感應用的省電模式,以及軌對軌輸出等特性,可以實現寬動態範圍。
與傳統的時鍾緩衝器相比,運算放大器的一個優點是具有靈活性。運算放大器可以將時鍾脈衝進行緩衝、放大、失調、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dang在zai時shi鍾zhong緩huan衝chong應ying用yong中zhong使shi用yong運yun算suan放fang大da器qi時shi,設she計ji者zhe必bi須xu認ren識shi到dao並bing遵zun循xun一yi些xie工gong作zuo限xian製zhi。以yi電dian壓ya反fan饋kui型xing放fang大da器qi的de增zeng益yi帶dai寬kuan積ji為wei例li,當dang放fang大da器qi電dian路lu的de閉bi環huan增zeng益yi增zeng加jia時shi,它ta的de帶dai寬kuan會hui降jiang低di,因yin此ci較jiao大da的de增zeng益yi意yi味wei著zhe較jiao小xiao的de帶dai寬kuan。將jiang多duo個ge低di增zeng益yi放fang大da器qi進jin行xing級ji聯lian以yi達da到dao較jiao高gao的de帶dai寬kuan,由you此ci確que保bao信xin號hao路lu徑jing的de總zong體ti增zeng益yi和he帶dai寬kuan。
單電源工作對於便攜式電子設備來說是很重要的。根據定義,單電源運算放大器的輸入共模範圍包括負軌(地),大部分甚至比地還低200mV,但這並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射極配置。因此,輸出電壓和軌電壓的最小差距是Vce(sat),其範圍可以從數十毫伏到數百毫伏,具體取決於輸出負載。
幸運的是,在這些應用中,輸出電壓的擺幅通常不需要總是達到地電壓。但是,當輸入太接近地時(大約100mv~200mv),輸出級可能會達到飽和,導致失真以及較長的恢複時間。在直流耦合係統中,應該確保信號電壓的低點高於200mV,或使用-200mV的負供電電壓,這兩種方法都可以避免輸出級進入飽和狀態。
放(fang)大(da)器(qi)對(dui)裕(yu)量(liang)也(ye)有(you)要(yao)求(qiu),也(ye)就(jiu)是(shi)其(qi)電(dian)壓(ya)的(de)擺(bai)幅(fu)與(yu)正(zheng)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)之(zhi)間(jian)能(neng)夠(gou)有(you)多(duo)接(jie)近(jin),因(yin)此(ci)還(hai)必(bi)須(xu)留(liu)意(yi)輸(shu)入(ru)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)的(de)高(gao)端(duan)。如(ru)果(guo)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)太(tai)高(gao),輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)會(hui)失(shi)真(zhen)並(bing)被(bei)截(jie)斷(duan)。
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鍾緩衝器,圖2所示的是它的瞬態響應。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鍾緩衝器相媲美。

圖1. 同向運算放大器時鍾緩衝器

圖2. 33MHz頻率下,增益=+2的瞬態響應
在zai某mou些xie應ying用yong中zhong可ke以yi使shi用yong交jiao流liu耦ou合he,它ta允yun許xu使shi用yong更geng高gao帶dai寬kuan的de放fang大da器qi以yi擴kuo展zhan頻pin率lv性xing能neng。通tong過guo將jiang輸shu入ru和he輸shu出chu偏pian壓ya至zhi電dian源yuan電dian壓ya的de中zhong間jian值zhi,這zhe些xie放fang大da器qi可ke被bei用yong於yu單dan電dian源yuan應ying用yong中zhong。
圖3所示的是使用AD8057高速放大器的設計,這款器件具有325MHz帶寬和1150V/μs壓擺率,在此電路設置為單位增益。應當注意的是,通過隔直電容C6後,負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範圍接近100MHz。圖4所示的是時鍾響應,可以看到當頻率高達90MHz時仍然可以維持較好的脈衝保真度。

圖3. 交流耦合時鍾緩衝器(單位增益)

圖4. 交流耦合時鍾緩衝器瞬態響應
如(ru)上(shang)所(suo)示(shi),當(dang)設(she)計(ji)時(shi)鍾(zhong)緩(huan)衝(chong)器(qi)時(shi),高(gao)速(su)放(fang)大(da)器(qi)往(wang)往(wang)能(neng)夠(gou)以(yi)更(geng)低(di)的(de)成(cheng)本(ben)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing),在(zai)許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)中(zhong)都(dou)能(neng)夠(gou)同(tong)傳(chuan)統(tong)的(de)時(shi)鍾(zhong)緩(huan)衝(chong)器(qi)相(xiang)競(jing)爭(zheng)。針(zhen)對(dui)具(ju)體(ti)的(de)應(ying)用(yong),還(hai)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)單(dan)電(dian)源(yuan)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)雙(shuang)電(dian)源(yuan)放(fang)大(da)器(qi)。
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