集成運放的非線性失真分析及電路應(yīng)用

作者：時間：2010-05-26 來源：網(wǎng)絡(luò)

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在下面的電路設(shè)計中，AD8062采用單電源3．3 V供電方式，輸入端使用的是I／Q兩路正交信號，用于測試的輸入信號是單頻信號，輸入信號功率范圍為-28～-12 dBm，信道帶寬5 MHz。集成運放的電路設(shè)計應(yīng)用在ISM頻段定位系統(tǒng)的接收射頻前端電路，在AD8347對I／Q正交射頻信號下變頻后，對基帶信號進(jìn)行放大輸出。AD8062差分放大采用的是雙端輸入單端輸出的方式，I／Q兩路雙極性信號經(jīng)集成運放合并后傳輸給A／D變換器進(jìn)行采樣。當(dāng)接收信號為跳頻信號時，AD8062電壓的變化速率很快，能夠即時跟隨階躍電壓的變化。最初的設(shè)計采用圖1(a)所示的電路連接方式，其中設(shè)計的MIMO系統(tǒng)接收射頻前端曾有應(yīng)用，在MIMO系統(tǒng)中采用的是單電源5 V供電方式，輸入信號頻率范圍為0～5 MHz，功率為-12 dBm。上述條件下，放大器的功率增益為11 dB，信號輸出的諧波失真小于-40 dBc，滿足接收機(jī)靈敏度和后端A／D采樣的要求。然而，AD8062的連接方式直接用于3．3 V單電源，當(dāng)輸入信號頻率為1 MHz時，電路的輸出特性如圖2和圖3所示。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/180818.htm

AD8062的差分放大電路連接方式1，集成運放I／Q兩路雙極性輸入的電壓信號大小相等，符號相反，理論上經(jīng)下變頻器輸出的雙極性信號到AD8062的增益(dB)由下式計算得到：

在下變頻器輸出信號為-28 dBm的情況下，由圖2可以看出AD8062的增益為11 dB左右，信噪比為20 dB左右，該增益基本滿足理論計算值。但是，當(dāng)下變頻器輸出信號為-12 dBm時，輸入到AD8062信號的各次諧波功率均大于-50 dBc。由圖3可發(fā)現(xiàn)，在AD8062的大信號輸入時AD8062的非線性特性使得輸出信號嚴(yán)重失真，5 MHz信號帶寬內(nèi)二次諧波為-10 dBc，信號輸出功率不能滿足理論計算值。AD8062的嚴(yán)重帶內(nèi)諧波失真，使得后端無法檢測到有用的信號，造成了這種電路無法正常使用。
2．3 AD8062的非線性分析和電路優(yōu)化
在集成運放的非線性參數(shù)中，單頻輸入信號電壓的變化速率很低，基本不用考慮AD8062的壓擺率特性是造成諧波失真的原因。考慮到單電源集成運放在電源電壓變小時，其最大共模輸入電壓范圍也會變小，電路連接方式1產(chǎn)生的諧波失真與最大輸入共模電壓有很大的關(guān)系。A-D8062允許輸入信號的最大共模電壓范圍為(-Vs―O．2 V)～(+Vs―1．8 V)，電源電壓越小，AD8062的最大共模輸入電壓范圍越小，若超出這個最大范圍，芯片就可能被燒毀。另外，關(guān)系到集成運放非線性參數(shù)的共模輸入電壓范圍還要小于上述范圍。在單電源5 V電壓供電的電路中，允許輸入信號的最大共模電壓范圍為-5．2～+3．2 V，然而在單電源3．3 V供電的電路中，該范圍為-3．5～+1．5 V。電源電壓的減少，使得AD8062的最大輸入共模電壓范圍有所減少，這可能是造成集成運放非線性失真的原因。連接方式l的信號輸入端沒有隔直電容，必然造成集成運放對直流信號的放大，這就會出現(xiàn)輸出信號的諧波失真。這是因為當(dāng)直流電壓超出最大輸入共模電壓范圍時，集成運放的靜態(tài)工作點發(fā)生了較大偏移，差分對管中的一管輸出電流趨于飽和，另外一管的輸出電流趨于截止，兩管的輸出電流之差不再跟隨輸入信號發(fā)生變化，而表現(xiàn)出集成運放的限幅電路特性，造成集成運放在大信號輸入時輸出信號的非線性失真。由此可以判斷，在大信號輸入的情況下，AD-8062的峰值超過了輸入共模電壓范圍。為了解決共模電壓過大的問題，對上述電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，即在連接方式2的集成運放的負(fù)項輸入端加入隔直電容，其連接如圖1(b)所示。