通信工程類外文翻譯@中英文翻譯@外文文獻(xiàn)翻譯

1 寬帶，穩(wěn)定增益， FET 輸入的運算放大器 特征： 400MHz穩(wěn)態(tài)增益帶寬 低輸入偏置電流 :5pA 高輸入電阻 :1012或 1.0pF 極低的 dG/dP :0.006%/0.009 低扭曲 :在 5MHz為 90dB 快速設(shè)置： 17ns(0.01%) 高輸出電流： 60mA 超速傳動快速恢復(fù) 應(yīng)運： 寬帶光電二極管放大器 峰值檢測 CCD 輸出緩沖器 ADC 輸入緩沖器 高速積分儀 檢測和測量前端 2 寬帶光電二極管轉(zhuǎn)移阻抗放大器 一種包含寬帶，穩(wěn)態(tài)增益，電壓反饋運算 OPA655，當(dāng)有 FET 輸入時，能為 ADC緩沖 器和轉(zhuǎn)移阻抗設(shè)備提供十分寬廣的動態(tài)放大范圍。 良好的脈沖設(shè)置和極低的調(diào)和扭曲將支持更高要求的 ADC 輸入緩沖需要。 寬帶穩(wěn)態(tài)增益和 FET 輸入在高速，低噪聲積分器中允許特殊的操作。 由 FET 輸入所提供的高輸入阻抗和低偏置電流能被極低的 輸入電壓噪聲支持，在寬帶光電二極管設(shè)備中達(dá)到極低的積分噪聲。 給定的 OPA655 高達(dá) 240MHZ 的增益帶寬產(chǎn)品可以提供高寬帶轉(zhuǎn)移阻抗。如下圖所示，來自于 47PF 的電容高達(dá) 1 兆歐的轉(zhuǎn)移阻抗可以提供 1MHZ， -3 增益的帶寬。 性能討論： 使用 FET 輸入阻抗的放大器具有同那些用 biploar 阻抗相似的功能外，還有一些3 重要的優(yōu)點。在標(biāo)準(zhǔn)運算中，低輸入偏置電流可以減少由于一個非常高或者未知源的阻抗所產(chǎn)生的直流電壓錯誤。在絕大多數(shù) OPA655 使用中，輸出直流錯誤只是由于低于 1mv 輸入激勵電壓所造成的。類似地，輸入電流噪聲幾乎對輸出電流噪聲影響很小。對于低電流噪聲和低于 6nv/ 輸入電壓噪聲的 OPA655 對于寬帶阻抗的應(yīng)用極為有益。 OPA655 的高寬帶增益和近乎線性的輸出，可以通過 5MHz 對于 2v 的峰值電壓擺動在 100處，來控制調(diào)和扭曲低于 -90dbc.在低頻率或高負(fù)載阻抗時，這種顯 著地減少扭曲可以被觀察到。 圖 1 放大器的內(nèi)部原理 操作時需考慮的問題 對于 PC 板外形的仔細(xì)觀察可以實現(xiàn)如典型性能曲線中所示的特殊操作。一般來講，對于電源提供的低阻抗路徑，和 I/O 信號端的寄生連接均需很好的操作。在非翻轉(zhuǎn)輸入周圍可以使用一個防護(hù)裝置，可以減少由于普通模式輸入信號所產(chǎn)生的漏電流，。然而， 驅(qū)動翻轉(zhuǎn)點處的防護(hù)裝置，能增加不同的輸入能力，很可能會導(dǎo)致寬帶的增加及不穩(wěn)定性。非翻轉(zhuǎn)緩沖器的應(yīng)用需一個極低的電感連接在輸出和翻轉(zhuǎn)輸入之間，以減少頻響的峰值。 OPA655 名義上是為了執(zhí)行所提供的正負(fù) 5 伏電壓所設(shè)計的，它所提供的最大節(jié)點的電壓應(yīng)被限制在少于 11V。自從一個提供獨立偏置使用以來，幾乎很少將提供電4 壓的改變看作是交流操作的改變。 基本運算放大器的連接 圖 2 到圖 4 說明基本運放的連接電路也適用于 OPA655。高輸入阻抗和低閉環(huán)輸出阻抗對于非翻轉(zhuǎn)緩沖器的應(yīng)用是有益的。記住那些對于一個輸入直流路徑仍然是必須的。甚至于用極低的 FET 輸入偏置電流，開放的電壓源將導(dǎo)致輸入飽和。對于最好的頻響，我們建議使用位于輸出和翻轉(zhuǎn)輸入之間的直接短路徑。由于輸入偏置電流不必是先聯(lián)的，匹配一個電阻的非翻轉(zhuǎn)源阻抗在一個反饋網(wǎng)中 是不被推薦使用的。 圖 2 非翻轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)增益緩沖器 非翻轉(zhuǎn)運放圖將再次展示對于輸入信號的高輸入阻抗和低輸出阻抗所驅(qū)動的信號增益。圖中所示的 100的 RF 將提供了典型特性曲線中的頻響。除了高頻率非翻轉(zhuǎn)運放， RF 和 R1 的值將被限制到小于 1.0K，運放的負(fù)載 RF+R1 相單于負(fù)載阻抗。 圖 3 非翻轉(zhuǎn)運算放大器 圖 4 中的翻轉(zhuǎn)運放提供了一個寬頻，輸入阻抗可以控制的，低直流小誤差運放。通過調(diào)整 R1 可以設(shè)定輸入阻抗達(dá)到預(yù)定大小，于是在調(diào)整 RF，使其達(dá)到預(yù)定增益?；蛘呖梢栽O(shè)定 RF 和 R1達(dá)到預(yù)定值，再獨立地控制輸入阻抗使其 等于電阻 R1 和任意對地電阻為 RT 的復(fù)合。為了估計任意匹配時的帶寬，首先應(yīng)計算增益作為一個非翻5 轉(zhuǎn)放大器。這個通常被稱為噪聲增益，或者簡化為翻轉(zhuǎn)反饋因素。 圖 4 翻轉(zhuǎn)運算放大器 以翻轉(zhuǎn)運放為例，通過設(shè)定電壓源為 0，可以得出的值。從而可以計算出 比 的值。 R1 加上 RT 并 RS 就等于翻轉(zhuǎn)輸入對地的總電阻 帶寬的結(jié)果近似地等于噪聲增益除以運放產(chǎn)生的增益。 在實踐中，低噪聲增益（ 5）將產(chǎn)生一個比我們所測得由于第二個命令桿的峰值更寬的帶寬。例如來源于 0的源阻抗，翻轉(zhuǎn)增益為 -1，它產(chǎn)生一個非翻轉(zhuǎn) 增益為 2，預(yù)計信號帶寬為 185MH。 典型應(yīng)用 OPA655 所產(chǎn)生的高增益和低噪聲十分適合于寬帶轉(zhuǎn)移阻抗的應(yīng)用。數(shù)據(jù)紙的首頁顯示了對來源于有 47PF相對大的參數(shù)電容，所測量的結(jié)果為 1M的轉(zhuǎn)移阻抗增益。對于寬頻轉(zhuǎn)移阻抗應(yīng)用的關(guān)鍵是設(shè)定對通過反饋阻抗到達(dá)一個平滑，限制帶寬，頻響的補償電容。圖 5顯示了對于設(shè)定反饋補償電容 CF 的解析電路，而圖 6 顯示了預(yù)感6 解析。 圖 5 轉(zhuǎn)移阻抗解析電路 圖 6 轉(zhuǎn)移阻抗的預(yù)感解析 OPA655 翻轉(zhuǎn)輸入相對于地的總電容將設(shè)定為源電容 CS作為解析目的。 CS是 CD，CCM和 CDIFF之和。觀察一下轉(zhuǎn)移阻抗配置中的預(yù)知解析，在低頻時噪聲增益為 1，但是當(dāng)頻率大于 時由于在翻轉(zhuǎn)點處所形成的電容值為 0 而增加。需重要指出的是運放的輸入噪聲電壓增益也將相似地增加。為了得到最大帶寬， CF通常被設(shè)定為在增長的噪聲增益和下降的開環(huán)增益而形成高頻端的交叉點。這個可以通過設(shè)定 等于幾何數(shù)來完成。這就意味著運放所產(chǎn)生的頻響和寬帶增益為 0。若產(chǎn)生的增益帶寬用 HZ 來表示，假定 CF CS， CF將被計算為： 7 它是為了設(shè)定噪聲增益和開環(huán)增益相應(yīng)在它們交叉點處的高頻端。 如果對于噪聲增益的 準(zhǔn)確地設(shè)定在與運放開環(huán)增 益下降端的交叉點，這個電路（曲線）將在 45 度段產(chǎn)生一個很高的頻率響應(yīng)。為了減少寬頻噪聲和脈沖響應(yīng)，將這個點應(yīng)設(shè)定在比上圖放大解析頻率稍少的地方較好。對于轉(zhuǎn)移阻抗分布的又一個有條理的解析，產(chǎn)生了對于頻率響應(yīng)以達(dá)到最大平滑特性的以下結(jié)果。 利用 OPA655 的寬帶增益可以產(chǎn)生用 HZ表示的 GBW，定義了一個變量 : 接下來，需 CF以產(chǎn)生一個最大平滑頻響： 對于轉(zhuǎn)移阻抗的 -3增益的帶寬結(jié)果為： 圖 7 表示的是以達(dá)到最大平滑響應(yīng)時的 CF與 RF的關(guān)系。圖 8 表示的是為了達(dá)到圖 7 所設(shè)定的 CF時所需同幅度的 RF和 CD 的帶寬。這些圖標(biāo)中還包含了相當(dāng)于二極管電容的 CD的參數(shù)為 2.2PF的輸入電容。對于補償電容 F低效可以通過斷開反饋電阻，如首頁運用電路可知。 圖 7 補償電容和反饋電阻的關(guān)系曲線 8 圖 8 最大平滑帶寬 不同種類的放大器的高速使用儀器 利用 OPA655 可以實現(xiàn)高速度的不同種類的放大器。在一個單獨標(biāo)準(zhǔn)運放的不同配置圖中，低輸入偏置電流允許相對高的電阻值。二者擇一地，如圖 9中所示，利用一個三運放使用儀器可以實現(xiàn)一個不同高輸入阻抗的運放。 圖 9 高輸入阻抗，寬頻 1NA 在這個例子中， OPA655 提供了一個不 同增益值： 和 OPA651 不同階段輸入為 1 的普通模式增益。 OPA651，一種增益為 2 的，穩(wěn)定，寬頻電壓反饋運放，抵制了普通模式，并且提供了與負(fù)載 50 歐的一半相匹配的不同增益。為了匹配這個負(fù)載如圖 10 中所示，這個電路在 1.5V/V 的不同增益處實現(xiàn)了 136Hz的帶寬。調(diào)音電容 CT用來匹配兩路信號的高頻增益，以改善高頻 CMRR。使用這些調(diào)整方式，通過 100MHz 以后 CMRR 400 增益就可以實現(xiàn)。 9 圖 10 對于 1NA 頻響的測量 最佳性能： 直流準(zhǔn)確性 OPA655 對于低輸入激勵電壓是激光整流的，限制了 對于外部整流電路的要求。在很多的情況下，對于輸出直流錯誤， FET 低輸入偏置電流不會起很大作用。例如，在最小增益為 1，最大溫度 85。對于反饋電阻大于 312 千歐只有其超過輸入激勵電壓時，輸入偏置電流將產(chǎn)生錯誤。只有那些相對輸入電源較高或反饋電阻值較大的，他們的輸入偏置電流所產(chǎn)生的誤差大多是由于輸出直流錯誤。類似地，若兩個輸入偏置電流很小，但不是很匹配。通過源阻抗并與之匹配的輸入偏置電流的取消是不被推薦的。 輸入激勵源的變化會使所能提供的電壓產(chǎn)生改變。利用 PSR 的具體情況來計算這些。例如，所提供的電壓發(fā)生 0.5V 的改變，經(jīng)常表現(xiàn)為輸入激勵電壓發(fā)生 0.28mv的變化。 如典型性能曲線圖中所示，反面的常模輸入電壓可以導(dǎo)致輸入偏置電流增加。當(dāng)電壓源或反饋電阻較大，并且常模輸入電壓接近于 -2.5v 時，這些將對直流精度產(chǎn)生影響。對于二極管轉(zhuǎn)移阻抗的設(shè)備在非翻轉(zhuǎn)運放輸入需一個偏置電壓時，正的輸入偏置是值得參考的。 頻率響應(yīng)補償 OPA655 本質(zhì)上是利用來補償單元增益使其穩(wěn)定，這個單元用 100 歐負(fù)載。其相位極限為 58 度。這個單元增益的相位極限顯示出一個頻響中的微小尖點。為了減小這個尖點同時要求一個地電感短距離連接從輸出到翻轉(zhuǎn)輸 入端。單元增益這個穩(wěn)定的10 寬頻給予自己很好的集成和緩沖作用。 在高增益處，相位極限和平坦度將會改善。因為相位極小很少依賴于負(fù)載，在增益為 +2 處平坦度將會通過改變負(fù)載而變化。在典型性能曲線中，利用 100 歐的反饋和 100 歐的負(fù)載可見非常平坦的性能曲線。我們可以通過增加負(fù)載和反饋電阻使其上升或減少它們使其下降。在寬帶方面我們記得一個 -1 的反轉(zhuǎn)增益就等于一個 +2 的增益。例如，噪聲增益等于 2對于電壓反饋運放外部補償技術(shù)的發(fā)展是可以應(yīng)用的。還比如，在非翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中，通過在有反饋電阻的路徑中放置一個電容，將可以減小增益到 +1，在 f=1/2 RFCF時。同樣，在非翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中，不用改變低頻翻轉(zhuǎn)增益，而在翻轉(zhuǎn)點處放置一個 RC 對地的網(wǎng)，這個帶寬將會受到限制。在高頻處這些將起到增加噪聲增益的作用，從而限制了翻轉(zhuǎn)輸入信號通過增益帶寬產(chǎn)品的帶寬。 在高增益處，這個電壓反饋增益帶寬產(chǎn)品將會限制可以達(dá)到的信號帶寬。若 FET輸入不需要，在高增益處的高寬帶將是必須的，可考慮從當(dāng)前的運放像 OPA658 中得到所需的帶寬。 驅(qū)動電容負(fù)載 對于驅(qū)動電纜末端的低阻抗，高開環(huán)增益和 OPA655 的 AB 類輸出段是最優(yōu)化的。在輸出端的電容負(fù)載可以減少導(dǎo)致頻響峰值和可 能振動的相位極限。這種影響在單位增益中特別強(qiáng)調(diào)，而在高增益中并不重要。正如圖 11 種所示，通過利用一個電阻隔離一個電容負(fù)載可以使頻響平滑曲線得以保持。典型性能曲線中給出一個當(dāng) CL 增加時，為了保持平坦頻響的一個最小的 RISO.在圖 11中所示的 1千歐的通過 CL的負(fù)載是這個測量的探測負(fù)載，它可以是任意的。 脈沖和過度驅(qū)使曲線 像 OPA655 的高速運放可以為輸入脈沖提供一個非?？斓脑O(shè)置時間。良好的平滑響應(yīng)和線性相位對于得到較好的設(shè)置時間是必須的。正如說明書中所示，對于電壓為1 伏，增益為 1的 OPA6558nS 只是其最快 設(shè)置時間的 0.1%。輸入轉(zhuǎn)換之后，說明書中必須定義時間。 11 圖 11 驅(qū)動一個寄生負(fù)載 對于一個 1 伏變化，再一個誤差為 1 毫伏時的穩(wěn)定通信為 0.1%。對于最好的穩(wěn)定時間，再頻響中可以允許很小或無峰值。用推薦的 RISO作為寄生負(fù)載將限制峰值，同時減少穩(wěn)定時間。特別毫的穩(wěn)態(tài)需仔細(xì)觀察在所提供的去藕電容對地的反饋電流。去藕輸出端能量的提供同主要的輸如能量的分開將會改善穩(wěn)態(tài)和調(diào)和扭曲特性。 正如典型性能曲線中所示， OPA655 從輸入過載的恢復(fù)是非?？斓摹τ诜欠D(zhuǎn)操作，對負(fù)載電荷的過載恢復(fù)將會比正電荷快 10ns.對 于翻轉(zhuǎn)輸入模型的操作，比如轉(zhuǎn)移阻抗運放，不是建立在超過普通輸入電壓模型基礎(chǔ)上的輸入過載的恢復(fù)是很快的。不像指定的 FET 輸入運放，過載輸入不會導(dǎo)致輸出翻轉(zhuǎn)或關(guān)閉。超過所提供正電壓的輸入將會導(dǎo)致輸出翻轉(zhuǎn)和擺動，但死鎖不會發(fā)生。 調(diào)和扭曲 如典型性能曲線中所示， OPA655 在超過操作情況很大的范圍內(nèi)，能附帶 100 歐的負(fù)載實現(xiàn)極低的調(diào)和扭曲。一般來講，在低增益，低信號波動，低頻率和高負(fù)載時扭曲將會改善。圖 12 顯示，當(dāng)負(fù)載增加時，在第二調(diào)和扭曲處極大改善，而在第三扭曲處相對不敏感。對于測量的目的，當(dāng)增加增益到 +5 時，從說明書的列表可知，這些扭曲水平是增加的。窄帶通信系統(tǒng)講從第三低扭曲處受益，此時負(fù)載將提供極低的互感。 12 圖 12 5Hz 的調(diào)和扭曲與負(fù)載的關(guān)系曲線 不同階段不同增益 在運放中， OPA655 可以提供極低的 誤差。對于一個彩電傳媒頻率，當(dāng)輸出電壓緩慢低于一定亮度范圍時，在說明書中所說，它的小信號增益和階段是變化的。對于一單個電視負(fù)載中的正 ，說明書顯示少于 。這個水平的成果對于商業(yè)可用電視檢測的精度是個挑戰(zhàn)。可以利用一個 檢測系統(tǒng)作為檢測手段。 輸出驅(qū)動電路 以保證的輸出電流將驅(qū)動一個 100 歐超過完 全保證輸出電壓幅度為 的負(fù)載。最小性能曲線只有在低溫下可用。若伴有高壓輸出電壓和電流在大多數(shù)設(shè)備中均可用。許多要求的高速設(shè)備，例如驅(qū)動 ADC 的，需寬頻，低輸出阻抗的運放。如圖 13 所示，當(dāng)超過某一頻率時， OPA655 保持了一個很低的閉環(huán)輸出阻抗，此閉環(huán)輸出阻抗隨著頻率的增加而增加。 圖 13 小信號輸出阻抗與頻率的曲線 需考慮的熱量要求 13 OPA655 在許多操作環(huán)境下需降溫，就像下邊所描述的。最大期望的節(jié)點溫度將限制所允許的內(nèi)部最大驅(qū)散溫度。無論何時，最大節(jié)點溫度都不能超過 運放操作時的節(jié)點溫度 可以通過 給出，總內(nèi)部消散功率 在輸出階段是為了傳送負(fù)載的消散功率加上靜止功率的復(fù)合。靜止功率可以簡化為具體的無負(fù)載時的電流與通過這部分的總的電壓的乘積。 將依賴于所需的輸出信號和負(fù)載。對于一個接地負(fù)載，當(dāng)輸出是一個固定的直流時，其最大值等于任何所提供電壓的一半。在這種情況下 ，其中 包括反饋網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載。所指出的是在輸出階段的消散功率而不是負(fù)載決定內(nèi)部消散功率。正如一個例子，對 OPA655U，具體的最大 ， ，最大 需考慮的布局和內(nèi)部連接 對于像 OPA655 這樣的高頻運放為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)性能，須細(xì)心地注 意布局參數(shù)，仔細(xì)地選擇外部元件。建議包括： 對于所有輸入或輸出信號端應(yīng)減少其對交流地的電容參數(shù)。在輸出和翻轉(zhuǎn)輸入端的寄生電容可以導(dǎo)致不穩(wěn)定性。在非翻轉(zhuǎn)輸入端它可以與源阻抗相互作用，從而導(dǎo)致無意地限制帶寬。為了減少不需的電容，在所有地和電源輸出或輸入附近的窗口應(yīng)開通。否則，在這個地方，地和電源將會是完整的。 減少從四個能量端到高頻 電容的距離。在節(jié)點處，地和能量端不應(yīng)過分靠近信號的輸入或輸出端。 OPA655 將 4 端和 7 端連接起來作為輸入端來允許直接代替 8個端以執(zhí)行操作。輸出端的分開連接，將提供了最好的扭曲和設(shè)置 性能。避免縮小能量端和地的距離是為了減少端點和地的電感。在低頻時，有效地大電容也被使用。這些將被放置在稍微遠(yuǎn)離設(shè)備和在同一張 PC 板的好幾個設(shè)備之間。 外部零件的仔細(xì)選擇和放置，將有利于維護(hù) OPA655 的高頻性能。電阻應(yīng)該是電抗類型。工作良好固定在表面的阻抗允許一個緊湊全面的布置。金屬薄片和碳合成的沿軸線電阻可以提供高頻性能，并且保持這些電阻盡可能的短。在一個高頻裝置中信14 號路徑上不要利用線圈式電阻。對于最低的寄生電容，考慮來自于精確阻抗產(chǎn)品的PR8351 型電阻。這類精度的電阻有小于 0.02PF 變化的計生電容。 由于輸出端和翻轉(zhuǎn)輸入端對于寄生電容很敏感。對于包裝接點時，總是要放置反饋回路，設(shè)置增益，以及一系列輸出電阻。對于一個電壓跟隨的緩沖裝置，在板的有零件的一側(cè)，位于 6 端和 2 端一條寬路徑，將降低頻率響應(yīng)峰值。為了限制對于輸出交流地的寄生電容，我們應(yīng)確保在這條路中的地和能量端應(yīng)是開著的。 在這個板上同其它含有多種頻率成分設(shè)備的連接應(yīng)用短路，或