纖巧型放大器可快速驅(qū)動重電容性負(fù)載

作者：時間：2008-06-03 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　在電子電路中，寄生電容可謂無處不在。FET 柵極、布線、地和電源平面都會導(dǎo)致電容底線的增加。當(dāng)高速電路中的電容性負(fù)載變得很重時，謹(jǐn)慎仔細(xì)的運算放大器選擇對于優(yōu)化轉(zhuǎn)換速率、電流輸出能力、功耗和反饋環(huán)路穩(wěn)定性而言極為重要。

　　苛刻的電路要求

　　例如，假設(shè)由一個 100MHz、2VP-P 正弦波信號來驅(qū)動一個 350pF 的電容性負(fù)載。在這種情況下，所需的無失真最小轉(zhuǎn)換速率為：

　　SRMIN = 2πfVPK

　　SRMIN = 2π (100MHz) (1V) ≈ 630 V

　　轉(zhuǎn)換速率設(shè)定了最大輸出電流 —– 放大器正在給一個電容器充電，因此，最大輸出電流將出現(xiàn)在最大轉(zhuǎn)換速率條件下。

　　I = C dV

　　I = (350pF) 630 V ≈ 220mA

　　最大功耗是一項重要的考慮因素。對于一個采用 ±5V 工作電源的運算放大器，假設(shè)電容性負(fù)載在 0V 條件下起動并以最大電流進(jìn)行充電，則峰值功率為：

　　P = IV

　　P = (220mA) (5V) ≈ 1.1W

　　當(dāng)采用一個具有 135°C/W 熱阻的封裝時，這種非常連續(xù)的功率將導(dǎo)致芯片溫度上升 148°C。如果環(huán)境溫度為 85°C，則將使芯片溫度達(dá)到足以熔化封裝的 233°C！

　　為了使 CLOAD 與放大器隔離，設(shè)計方案可以采用一個串聯(lián)電阻器 RS。當(dāng)電阻器或電容性負(fù)載變得非常大的時候，這種方法最終將限制帶寬。由于該 RC 時間常數(shù)所造成的帶寬縮減有可能對性能產(chǎn)生限制。當(dāng)采用電流反饋放大器時，增大反饋電阻器 RF 是一種用于抑制峰化的替代補(bǔ)償方法。

　　纖巧型電流反饋放大器

　　對于上述的高速、大電容性負(fù)載實例，400MHz 電流反饋放大器系列 LT1395/LT1396/LT1397 肯定可以滿足轉(zhuǎn)換速率要求。LT1395/LT1396/LT1397 能夠迅速地處理大信號，并提供 80mA 的最小保證輸出電流。不過，對于上例來說，該放大器系列達(dá)不到 220mA 的電流要求。在這種場合，雖然一個放大器或許不夠，但 4 個肯定足夠了。把這些放大器并聯(lián)起來將能夠滿足電流要求，同時維持安全的功耗和穩(wěn)定性。

　　LT1397 四通道放大器專為在保持上佳熱特性時推動大電流負(fù)載而設(shè)計。纖巧型 4mm x 3mm DFN 封裝的銅質(zhì)下腹部把熱阻降至 43°C/W，就上面所舉的例子來說，芯片溫度將僅會上升至比環(huán)境溫度高 47°C 的水平。

　　元件的選擇和測試

　　無需組裝完整的并聯(lián)配置，可以構(gòu)建一個單放大器測試電路，用于檢查負(fù)載電容除以所采用放大器數(shù)目的結(jié)果 (CLOAD/4)。

　　剩下的工作便是選擇反饋電阻器 (RF) 和串聯(lián)電阻器 (RS) 的合適阻值，以最大限度地增加 -3dB 帶寬，并充分地實現(xiàn)頻率響應(yīng)中峰化值的最小化。不管是 RF 還是 RS ，較小的阻值都將導(dǎo)致帶寬和峰化的增加。RF 具有一個約 255Ω 的實際下限。當(dāng)負(fù)載電容增加時，RF 和/或 RS 的阻值必須增大，以維持穩(wěn)定性。

　　圖 2 示出了采用圖 1 所示的四放大器電路以及不同的 RF/RS 組合和 350pF 總負(fù)載電容時的測量結(jié)果。測量是在增益等于 1 的條件下進(jìn)行，因此未采用 RG。

　　圖 1：采用全部 4 個放大器 (LT1397) 來驅(qū)動大電容性負(fù)載

　　圖 2：選擇用于驅(qū)動 350pF 負(fù)載電容的合適 RF 和 RS (當(dāng)并聯(lián) 4 個 LT1397 放大器)

　　四放大器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比于單放大器的效力優(yōu)勢可從圖 3 看出。為了顯示一個更具代表性的效果，我們把負(fù)載電容增至原來的 3 倍 (1000pF)。四放大器并聯(lián)電路能夠在不到 10ns 的時間里把 4V 電壓轉(zhuǎn)換至 1000pF 的負(fù)載電容中。這對應(yīng)于一個 400mA 的轉(zhuǎn)換輸出電流。單放大器結(jié)構(gòu)的電流限值約為 140mA，從而降低了至該大電容性負(fù)載的轉(zhuǎn)換速率。對于單放大器配置，相同的 4V 轉(zhuǎn)換需要 28ns 的時間，這幾乎是四放大器配置的三倍。