本帖最后由 airwill 于 2018-12-17 21:39 编辑
将低速高精度电路用于高速领域
如何将低速高精度运算放大器电路用于高速领域？而且更为重要的是，如何解读可能遇到的不一致情况？在本文中，我将以一款特定电路（ 差分放大器电路）为主，探讨器件架构如何对性能造成影响。见图 1。 图 1：差分放大器电路 差分放大器既可用来抑制共模信号，也可用来实现从差分到单端的信号转换。对于正相节点与反相节点正好相等的理想 运算放大器而言，共模抑制比 (CMRR) 是众所周知的数字，这里是设计所选电阻器的百分比误差精度。 当然，这是在 DC 情况下，或者针对理想放大器而言的。如果放大器是非理想的，放大器的反相与非反相输入之间就存在误差电压。我们把电压反馈放大器 (VFB) 的这种误差称之为 ![]() ，把电流反馈放大器 (CFB) 的这种误差称之为 ![]() 。请注意，对于电阻器误差精度 ![]() 与 VFB 放大器整个输入的误差电压 ![]() ，我都使用相同的名字。在讨论中我很谨慎，以免选用相同的符号，避免这两个术语发生混淆。 如前文所述，对于 CFB 而言， ![]() 是位于非反相输入与反相输入之间的缓冲器增益。对于典型 CFB， ![]() 通常等于 0.98V/V。 如前文所述，放大器电压误差对于电压反馈放大器 (VFB) 而言，通常远远小于 CFB，因为它采用较大的校正因数（开环增益）校正。图 2a、b 是 OPA835（36MHz、250uA 静态电流）CMRR 及 AoL 性能与频率的关系图。 图 2：a) OPA835 CMRR 及 PSRR 与频率的关系图 因此，虽然在 DC 条件下具有优异的 CMRR，但电压反馈架构不支持较高频率下的极好共模抑制性能。要实现更好的高频率 CMRR，CFB 架构通常需要证明是更好的选择。 另一方面，CFB 放大器在低频率下 CMRR 不佳。图 2 是 OPA695 （1.4GHz，12.5mA 静态电流）CMRR 及 ZoL 性能与频率的关系图。 图 3：a) OPA695 CMRR 及 PSRR 与频率的关系图 那么如何改善高频率下的 CMRR 呢？有几种可以想到的解决方案。首先是使用 复合放大器将业界最佳 高精度与 高速度性能进行完美结合。这对较高频率来说是适用的。但如果要实现 100MHz 以上的高 CMRR，唯一的解决方案就是级联多个级，直到在所需的频率下充分满足 CMRR 目标要求。 以上特定应用针对高阻抗差分探针电路实施。该电路如下图 4 所示。 OPA659 级不提供任何 CMRR 抑制，但能提供通常与探针有关的高输入阻抗。 OPA2695 电路的 CMRR 取决于电阻器精确度与输入缓冲器 CMRR。请注意，输入缓冲器的 CMRR 将是限制因素。查看图 5 所示的 CMRR 测量，可以看到 OPA2695 只能实现 28dB 的 CMRR。注意，这里使用的 1% 电阻器就算在理想放大器的电路中，也只能实现 -34dB 的 CMRR。将两种误差线性相加，得到的结果就是观察到的 -28dB。 图 4：使用 CFB 作为差分放大器的全差分探针 差分放大器的第二级使用 OPA2695 构建，几乎可将此前的 -28dB 提升一倍到 -52dB，从而可使整合电路 CMRR 在 200MHz 下达到 -50dB。 最后一级是缓冲器级，可根据需求提升增益。 每一级之后的完整结果及 CMRR 测量请看图 5。 图 5：每级之后的 CMRR 测量累加。
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