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LTC6406等新的全差分运算放大器系列在单端应用中

小序

近来在低压硅锗和 BiCMOS 工艺技巧领域的进步已经容许设计和临盆速率异常高的放大年夜器了。由于这些工艺技巧是低压的,以是大年夜多半放大年夜器的设计都纳入了差分输入和输出,以规复并最大年夜限度地前进总的输出旌旗灯号摆幅。由于很多低压利用是单真个,那么问题就呈现了,“我如何才能在一个单端利用中应用差分 I/O 放大年夜器?”以及“这么应用可能孕育发生什么结果?”本文探究一些实际孕育发生的结果,并展示一些详细和应用 3GHz 增益-带宽差分 I/O 放大年夜器 LTC6406 的单端利用。

背景

老例运算放大年夜器有两个差分输入和一个输出。虽然增益的标称值是无穷大年夜的,然则可经由过程从输出到负“反相”输入的反馈来维持对增益的节制。输出不会达到无穷大年夜,然则差分输入可以维持为零(犹如除以无穷大年夜一样)。老例运算放大年夜器利用的实用性、种类和优点已经有很富厚的记录了,但彷佛仍旧不能穷尽。全差分运算放大年夜器不停钻研得不敷彻底。

图 1 显示了一个具有 4 个反馈电阻器的差分运算放大年夜器。在这种环境下,差分增益的标称值仍旧是无穷大年夜,输入经由过程反馈连接到一路,然则这不够以抉择输出电压。来由是共模输出电压可所以随意率性值,却仍旧能导致为“零”的差分输入电压,由于反馈是对称的。是以,就任何全差分 I/O 放大年夜器而言,始终存在另一个抉择输出共模电压的节制电压。这便是 VOCM 引脚的目的,也说清楚明了为什么全差分放大年夜器器件至少有 5 个引脚(不包括电源引脚)而不是 4 个引脚。差分增益的等式为 VOUT(DM) = VIN(DM) • R2/R1。共模输出电压从内部强制即是加到 VOCM 上的电压。一个终极的结论是,不再存在单个反相输入:两个输入都是反相和非反相的,视所斟酌的是哪一个输出而定。为方便电路阐发,按照老例措施以“+”和“-”来标记两个输入,而一个输出带有圆点标记,注解它是“+”输入的反相输出。

任何认识老例运算放大年夜器的人都知道,非反相利用在非反相输入端有固有的高输入阻抗,靠近 GΩ 以致 TΩ。然则在图 1 所示的全差分运算放大年夜器这种环境下,存在到两个输入的反馈,是以不存在高阻抗节点。这个艰苦可以很幸运地降服掉落。

全差分运算放大年夜器简单的单端连接

图 2 显示了连接成单端运算放大年夜器的 LTC6406。仅有一个输出被反馈回去,而且仅有一个输入接管反馈。其他输入现在是高阻抗的。

图 2:反馈仅是单真个。这个电路是稳定的,具有一个老例运放那样的高阻抗输入。闭环输出 (在这种环境下是 VOUT+ ) 是低噪声的。从闭环输出端能很好地获得单端输出,从而供给了 1.2GHz 的 3dB 带宽。开环输出 (VOUT–) 相对付 VOCM 具有 2 倍的噪声增益,然则直到约 300MHz 都体现优越,高于这个频率今后,会有显着的通带纹波。

LTC6406 在这个电路中事情得很好,而且仍旧能供给一个差分输出。然而,一个简单的试验揭示出了这种设置设置设备摆设摆设的毛病之一。设想所有的输入和输出都为 1.2V,包括 VOCM。现在再设想,驱动 VOCM 引脚,使其额外增高 0.1V。可能有变更的惟一输出是 VOUT –,由于 VOUT + 必须维持即是 VIN,是以为了将共模输出升高 100mV,放大年夜器不得不将 VOUT – 输出统共前进 200mV。这便是由 100mV VOCM 漂移引起的 200mV 差分输出漂移。这阐清楚明了以下事实:全差分放大年夜器的单端反馈从 VOCM 引脚到“开路”输出引入了 2 倍的噪声增益。为了避免这种噪声,只是不应用这个输出就可以了,从而孕育发生一个彻底的单端利用。或者,可以吸收稍微的噪声处罚,并应用两个输出。

单端跨阻抗放大年夜器

图 3 显示,LTC6406 连接成为具 20kΩ 跨阻抗增益的单端跨阻抗放大年夜器。BF862 JFET 缓冲 LTC6406 的输入,从而极大年夜地减轻了其双极型输入晶体管电流噪声的影响。JFET 的 VGS 作为掉调来斟酌,但它的范例值为 0.6V,是以该电路在 3V 单电源时仍旧能很好地事情,而且该掉调可以用 10k 电位器去掉落。时域相应如图 4 所示。在 20MHz 带宽上的总输出噪声在 VOUT + 端为 0.8mVRMS,而在 VOUT – 端为 1.1mVRMS。以差分要领谋略,跨阻抗增益为 40kΩ。

图 3:跨阻抗放大年夜器。超低噪声 JFET 缓冲双极型 LTC6406 输入的电流噪声,在没有任何线索的环境下试着微调电位器,以得到 0V 差分输出。

结论

LTC6406 等新的全差分运算放大年夜器系列供给了前所未有的带宽。幸运的是,这些运算放大年夜器还可以在单端利用及 100% 反馈利用中很好地事情。

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