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1 宽带，稳定增益， FET 输入的运算放大器 特征： 400MHz稳态增益带宽 低输入偏置电流 :5pA 高输入电阻 :1012或 1.0pF 极低的 dG/dP :0.006%/0.009 低扭曲 :在 5MHz为 90dB 快速设置： 17ns(0.01%) 高输出电流： 60mA 超速传动快速恢复 应运： 宽带光电二极管放大器 峰值检测 CCD 输出缓冲器 ADC 输入缓冲器 高速积分仪 检测和测量前端 2 宽带光电二极管转移阻抗放大器 一种包含宽带，稳态增益，电压反馈运算 OPA655，当有 FET 输入时，能为 ADC缓冲 器和转移阻抗设备提供十分宽广的动态放大范围。 良好的脉冲设置和极低的调和扭曲将支持更高要求的 ADC 输入缓冲需要。 宽带稳态增益和 FET 输入在高速，低噪声积分器中允许特殊的操作。 由 FET 输入所提供的高输入阻抗和低偏置电流能被极低的 输入电压噪声支持，在宽带光电二极管设备中达到极低的积分噪声。 给定的 OPA655 高达 240MHZ 的增益带宽产品可以提供高宽带转移阻抗。如下图所示，来自于 47PF 的电容高达 1 兆欧的转移阻抗可以提供 1MHZ， -3 增益的带宽。 性能讨论： 使用 FET 输入阻抗的放大器具有同那些用 biploar 阻抗相似的功能外，还有一些3 重要的优点。在标准运算中，低输入偏置电流可以减少由于一个非常高或者未知源的阻抗所产生的直流电压错误。在绝大多数 OPA655 使用中，输出直流错误只是由于低于 1mv 输入激励电压所造成的。类似地，输入电流噪声几乎对输出电流噪声影响很小。对于低电流噪声和低于 6nv/ 输入电压噪声的 OPA655 对于宽带阻抗的应用极为有益。 OPA655 的高宽带增益和近乎线性的输出，可以通过 5MHz 对于 2v 的峰值电压摆动在 100处，来控制调和扭曲低于 -90dbc.在低频率或高负载阻抗时，这种显 著地减少扭曲可以被观察到。 图 1 放大器的内部原理 操作时需考虑的问题 对于 PC 板外形的仔细观察可以实现如典型性能曲线中所示的特殊操作。一般来讲，对于电源提供的低阻抗路径，和 I/O 信号端的寄生连接均需很好的操作。在非翻转输入周围可以使用一个防护装置，可以减少由于普通模式输入信号所产生的漏电流，。然而， 驱动翻转点处的防护装置，能增加不同的输入能力，很可能会导致宽带的增加及不稳定性。非翻转缓冲器的应用需一个极低的电感连接在输出和翻转输入之间，以减少频响的峰值。 OPA655 名义上是为了执行所提供的正负 5 伏电压所设计的，它所提供的最大节点的电压应被限制在少于 11V。自从一个提供独立偏置使用以来，几乎很少将提供电4 压的改变看作是交流操作的改变。 基本运算放大器的连接 图 2 到图 4 说明基本运放的连接电路也适用于 OPA655。高输入阻抗和低闭环输出阻抗对于非翻转缓冲器的应用是有益的。记住那些对于一个输入直流路径仍然是必须的。甚至于用极低的 FET 输入偏置电流，开放的电压源将导致输入饱和。对于最好的频响，我们建议使用位于输出和翻转输入之间的直接短路径。由于输入偏置电流不必是先联的，匹配一个电阻的非翻转源阻抗在一个反馈网中 是不被推荐使用的。 图 2 非翻转稳态增益缓冲器 非翻转运放图将再次展示对于输入信号的高输入阻抗和低输出阻抗所驱动的信号增益。图中所示的 100的 RF 将提供了典型特性曲线中的频响。除了高频率非翻转运放， RF 和 R1 的值将被限制到小于 1.0K，运放的负载 RF+R1 相单于负载阻抗。 图 3 非翻转运算放大器 图 4 中的翻转运放提供了一个宽频，输入阻抗可以控制的，低直流小误差运放。通过调整 R1 可以设定输入阻抗达到预定大小，于是在调整 RF，使其达到预定增益。或者可以设定 RF 和 R1达到预定值，再独立地控制输入阻抗使其 等于电阻 R1 和任意对地电阻为 RT 的复合。为了估计任意匹配时的带宽，首先应计算增益作为一个非翻5 转放大器。这个通常被称为噪声增益，或者简化为翻转反馈因素。 图 4 翻转运算放大器 以翻转运放为例，通过设定电压源为 0，可以得出的值。从而可以计算出 比 的值。 R1 加上 RT 并 RS 就等于翻转输入对地的总电阻 带宽的结果近似地等于噪声增益除以运放产生的增益。 在实践中，低噪声增益（ 5）将产生一个比我们所测得由于第二个命令杆的峰值更宽的带宽。例如来源于 0的源阻抗，翻转增益为 -1，它产生一个非翻转 增益为 2，预计信号带宽为 185MH。 典型应用 OPA655 所产生的高增益和低噪声十分适合于宽带转移阻抗的应用。数据纸的首页显示了对来源于有 47PF相对大的参数电容，所测量的结果为 1M的转移阻抗增益。对于宽频转移阻抗应用的关键是设定对通过反馈阻抗到达一个平滑，限制带宽，频响的补偿电容。图 5显示了对于设定反馈补偿电容 CF 的解析电路，而图 6 显示了预感6 解析。 图 5 转移阻抗解析电路 图 6 转移阻抗的预感解析 OPA655 翻转输入相对于地的总电容将设定为源电容 CS作为解析目的。 CS是 CD，CCM和 CDIFF之和。观察一下转移阻抗配置中的预知解析，在低频时噪声增益为 1，但是当频率大于 时由于在翻转点处所形成的电容值为 0 而增加。需重要指出的是运放的输入噪声电压增益也将相似地增加。为了得到最大带宽， CF通常被设定为在增长的噪声增益和下降的开环增益而形成高频端的交叉点。这个可以通过设定 等于几何数来完成。这就意味着运放所产生的频响和宽带增益为 0。若产生的增益带宽用 HZ 来表示，假定 CF CS， CF将被计算为： 7 它是为了设定噪声增益和开环增益相应在它们交叉点处的高频端。 如果对于噪声增益的 准确地设定在与运放开环增 益下降端的交叉点，这个电路（曲线）将在 45 度段产生一个很高的频率响应。为了减少宽频噪声和脉冲响应，将这个点应设定在比上图放大解析频率稍少的地方较好。对于转移阻抗分布的又一个有条理的解析，产生了对于频率响应以达到最大平滑特性的以下结果。 利用 OPA655 的宽带增益可以产生用 HZ表示的 GBW，定义了一个变量 : 接下来，需 CF以产生一个最大平滑频响： 对于转移阻抗的 -3增益的带宽结果为： 图 7 表示的是以达到最大平滑响应时的 CF与 RF的关系。图 8 表示的是为了达到图 7 所设定的 CF时所需同幅度的 RF和 CD 的带宽。这些图标中还包含了相当于二极管电容的 CD的参数为 2.2PF的输入电容。对于补偿电容 F低效可以通过断开反馈电阻，如首页运用电路可知。 图 7 补偿电容和反馈电阻的关系曲线 8 图 8 最大平滑带宽 不同种类的放大器的高速使用仪器 利用 OPA655 可以实现高速度的不同种类的放大器。在一个单独标准运放的不同配置图中，低输入偏置电流允许相对高的电阻值。二者择一地，如图 9中所示，利用一个三运放使用仪器可以实现一个不同高输入阻抗的运放。 图 9 高输入阻抗，宽频 1NA 在这个例子中， OPA655 提供了一个不 同增益值： 和 OPA651 不同阶段输入为 1 的普通模式增益。 OPA651，一种增益为 2 的，稳定，宽频电压反馈运放，抵制了普通模式，并且提供了与负载 50 欧的一半相匹配的不同增益。为了匹配这个负载如图 10 中所示，这个电路在 1.5V/V 的不同增益处实现了 136Hz的带宽。调音电容 CT用来匹配两路信号的高频增益，以改善高频 CMRR。使用这些调整方式，通过 100MHz 以后 CMRR 400 增益就可以实现。 9 图 10 对于 1NA 频响的测量 最佳性能： 直流准确性 OPA655 对于低输入激励电压是激光整流的，限制了 对于外部整流电路的要求。在很多的情况下，对于输出直流错误， FET 低输入偏置电流不会起很大作用。例如，在最小增益为 1，最大温度 85。对于反馈电阻大于 312 千欧只有其超过输入激励电压时，输入偏置电流将产生错误。只有那些相对输入电源较高或反馈电阻值较大的，他们的输入偏置电流所产生的误差大多是由于输出直流错误。类似地，若两个输入偏置电流很小，但不是很匹配。通过源阻抗并与之匹配的输入偏置电流的取消是不被推荐的。 输入激励源的变化会使所能提供的电压产生改变。利用 PSR 的具体情况来计算这些。例如，所提供的电压发生 0.5V 的改变，经常表现为输入激励电压发生 0.28mv的变化。 如典型性能曲线图中所示，反面的常模输入电压可以导致输入偏置电流增加。当电压源或反馈电阻较大，并且常模输入电压接近于 -2.5v 时，这些将对直流精度产生影响。对于二极管转移阻抗的设备在非翻转运放输入需一个偏置电压时，正的输入偏置是值得参考的。 频率响应补偿 OPA655 本质上是利用来补偿单元增益使其稳定，这个单元用 100 欧负载。其相位极限为 58 度。这个单元增益的相位极限显示出一个频响中的微小尖点。为了减小这个尖点同时要求一个地电感短距离连接从输出到翻转输 入端。单元增益这个稳定的10 宽频给予自己很好的集成和缓冲作用。 在高增益处，相位极限和平坦度将会改善。因为相位极小很少依赖于负载，在增益为 +2 处平坦度将会通过改变负载而变化。在典型性能曲线中，利用 100 欧的反馈和 100 欧的负载可见非常平坦的性能曲线。我们可以通过增加负载和反馈电阻使其上升或减少它们使其下降。在宽带方面我们记得一个 -1 的反转增益就等于一个 +2 的增益。例如，噪声增益等于 2对于电压反馈运放外部补偿技术的发展是可以应用的。还比如，在非翻转结构中，通过在有反馈电阻的路径中放置一个电容，将可以减小增益到 +1，在 f=1/2 RFCF时。同样，在非翻转结构中，不用改变低频翻转增益，而在翻转点处放置一个 RC 对地的网，这个带宽将会受到限制。在高频处这些将起到增加噪声增益的作用，从而限制了翻转输入信号通过增益带宽产品的带宽。 在高增益处，这个电压反馈增益带宽产品将会限制可以达到的信号带宽。若 FET输入不需要，在高增益处的高宽带将是必须的，可考虑从当前的运放像 OPA658 中得到所需的带宽。 驱动电容负载 对于驱动电缆末端的低阻抗，高开环增益和 OPA655 的 AB 类输出段是最优化的。在输出端的电容负载可以减少导致频响峰值和可 能振动的相位极限。这种影响在单位增益中特别强调，而在高增益中并不重要。正如图 11 种所示，通过利用一个电阻隔离一个电容负载可以使频响平滑曲线得以保持。典型性能曲线中给出一个当 CL 增加时，为了保持平坦频响的一个最小的 RISO.在图 11中所示的 1千欧的通过 CL的负载是这个测量的探测负载，它可以是任意的。 脉冲和过度驱使曲线 像 OPA655 的高速运放可以为输入脉冲提供一个非常快的设置时间。良好的平滑响应和线性相位对于得到较好的设置时间是必须的。正如说明书中所示，对于电压为1 伏，增益为 1的 OPA6558nS 只是其最快 设置时间的 0.1%。输入转换之后，说明书中必须定义时间。 11 图 11 驱动一个寄生负载 对于一个 1 伏变化，再一个误差为 1 毫伏时的稳定通信为 0.1%。对于最好的稳定时间，再频响中可以允许很小或无峰值。用推荐的 RISO作为寄生负载将限制峰值，同时减少稳定时间。特别毫的稳态需仔细观察在所提供的去藕电容对地的反馈电流。去藕输出端能量的提供同主要的输如能量的分开将会改善稳态和调和扭曲特性。 正如典型性能曲线中所示， OPA655 从输入过载的恢复是非常快的。对于非翻转操作，对负载电荷的过载恢复将会比正电荷快 10ns.对 于翻转输入模型的操作，比如转移阻抗运放，不是建立在超过普通输入电压模型基础上的输入过载的恢复是很快的。不像指定的 FET 输入运放，过载输入不会导致输出翻转或关闭。超过所提供正电压的输入将会导致输出翻转和摆动，但死锁不会发生。 调和扭曲 如典型性能曲线中所示， OPA655 在超过操作情况很大的范围内，能附带 100 欧的负载实现极低的调和扭曲。一般来讲，在低增益，低信号波动，低频率和高负载时扭曲将会改善。图 12 显示，当负载增加时，在第二调和扭曲处极大改善，而在第三扭曲处相对不敏感。对于测量的目的，当增加增益到 +5 时，从说明书的列表可知，这些扭曲水平是增加的。窄带通信系统讲从第三低扭曲处受益，此时负载将提供极低的互感。 12 图 12 5Hz 的调和扭曲与负载的关系曲线 不同阶段不同增益 在运放中， OPA655 可以提供极低的 误差。对于一个彩电传媒频率，当输出电压缓慢低于一定亮度范围时，在说明书中所说，它的小信号增益和阶段是变化的。对于一单个电视负载中的正 ，说明书显示少于 。这个水平的成果对于商业可用电视检测的精度是个挑战。可以利用一个 检测系统作为检测手段。 输出驱动电路 以保证的输出电流将驱动一个 100 欧超过完 全保证输出电压幅度为 的负载。最小性能曲线只有在低温下可用。若伴有高压输出电压和电流在大多数设备中均可用。许多要求的高速设备，例如驱动 ADC 的，需宽频，低输出阻抗的运放。如图 13 所示，当超过某一频率时， OPA655 保持了一个很低的闭环输出阻抗，此闭环输出阻抗随着频率的增加而增加。 图 13 小信号输出阻抗与频率的曲线 需考虑的热量要求 13 OPA655 在许多操作环境下需降温，就像下边所描述的。最大期望的节点温度将限制所允许的内部最大驱散温度。无论何时，最大节点温度都不能超过 运放操作时的节点温度 可以通过 给出，总内部消散功率 在输出阶段是为了传送负载的消散功率加上静止功率的复合。静止功率可以简化为具体的无负载时的电流与通过这部分的总的电压的乘积。 将依赖于所需的输出信号和负载。对于一个接地负载，当输出是一个固定的直流时，其最大值等于任何所提供电压的一半。在这种情况下 ，其中 包括反馈网络中的负载。所指出的是在输出阶段的消散功率而不是负载决定内部消散功率。正如一个例子，对 OPA655U，具体的最大 ， ，最大 需考虑的布局和内部连接 对于像 OPA655 这样的高频运放为了达到标准性能，须细心地注 意布局参数，仔细地选择外部元件。建议包括： 对于所有输入或输出信号端应减少其对交流地的电容参数。在输出和翻转输入端的寄生电容可以导致不稳定性。在非翻转输入端它可以与源阻抗相互作用，从而导致无意地限制带宽。为了减少不需的电容，在所有地和电源输出或输入附近的窗口应开通。否则，在这个地方，地和电源将会是完整的。 减少从四个能量端到高频 电容的距离。在节点处，地和能量端不应过分靠近信号的输入或输出端。 OPA655 将 4 端和 7 端连接起来作为输入端来允许直接代替 8个端以执行操作。输出端的分开连接，将提供了最好的扭曲和设置 性能。避免缩小能量端和地的距离是为了减少端点和地的电感。在低频时，有效地大电容也被使用。这些将被放置在稍微远离设备和在同一张 PC 板的好几个设备之间。 外部零件的仔细选择和放置，将有利于维护 OPA655 的高频性能。电阻应该是电抗类型。工作良好固定在表面的阻抗允许一个紧凑全面的布置。金属薄片和碳合成的沿轴线电阻可以提供高频性能，并且保持这些电阻尽可能的短。在一个高频装置中信14 号路径上不要利用线圈式电阻。对于最低的寄生电容，考虑来自于精确阻抗产品的PR8351 型电阻。这类精度的电阻有小于 0.02PF 变化的计生电容。 由于输出端和翻转输入端对于寄生电容很敏感。对于包装接点时，总是要放置反馈回路，设置增益，以及一系列输出电阻。对于一个电压跟随的缓冲装置，在板的有零件的一侧，位于 6 端和 2 端一条宽路径，将降低频率响应峰值。为了限制对于输出交流地的寄生电容，我们应确保在这条路中的地和能量端应是开着的。 在这个板上同其它含有多种频率成分设备的连接应用短路，或