高速运算放大器应用技术

### 高速运算放大器应用技术 #### 一、概述 随着多媒体技术和通讯技术的快速发展，高速运算放大器（简称“高速运放”）的应用变得越来越广泛。高速运放具有频带宽、建立时间快、失真和噪声小、输出电流大以及良好的直流特性等特点，能够在较低的电源电压下工作，适用于多种场合，包括但不限于增益模块、电缆及线路驱动器、ADC前置放大器、电流-电压转换器等。 #### 二、高速运放分类及其特点 ##### 2.1 电压反馈运算放大器（VFA） - **输入阻抗**：同相端与反相端输入阻抗对称。 - **输入偏置电流**：外电路等效阻抗匹配可减少输入偏置电流引起的误差。 - **反馈网络**：配置灵活，可采用多种方案。 - **增益带宽积**：为常数。 - **应用**：可构成有源滤波器和积分器。 - **噪声源**：输入电压噪声为主要噪声源。 ##### 2.2 电流反馈运算放大器（CFA） - **输入阻抗**：两输入端阻抗不对称。 - **输入偏置电流**：如果输入偏置电流对消，则不工作。 - **反馈网络**：为达到最佳性能，反馈网络通常固定。 - **增益带宽积**：不同增益时，带宽恒定。 - **应用**：难以用作积分器。 - **噪声源**：反相输入电流噪声为主要噪声源。 #### 三、容性负载驱动技术 为了确保高速运放能够稳定地驱动容性负载，需要采取一些特定的技术措施。 ##### 3.1 过补偿技术法 一些运放提供了外接补偿电容的引脚，例如AD829的第5脚。对于这些运放，可以通过过补偿的方式人为地减小运放的带宽，在变窄的带宽范围内，负载电容造成的附加相移不会影响系统的稳定性。 ##### 3.2 提高放大器的噪声增益 通过提高电路的噪声增益同时保持信号增益不变，可以在增益带宽积恒定的条件下降低噪声带宽，从而保持低频电路的稳定性。这种方法不会影响增益性能，但需注意噪声带宽至少应比容性负载极点频率低10倍频程。 ##### 3.3 串入负载电阻 在电路中串联一个负载电阻（RX），可以限制最大负载电流，起到隔离作用。然而，RX的引入会显著影响运放的转换速率（SR）和信号的建立时间等参数，因此RX值不宜过大。不同的负载电容所需的RX值也不同。需要注意的是，CFA只能选择这种方法。 ##### 3.4 闭环负载电容补偿法 通过在电路反馈网络中加入一个补偿电容（CF），可以实现直流反馈通过RX和RF完成，高频交流反馈通过CF完成。这种方法可以提高驱动CL的能力，并通过调整CF获得较好的瞬态响应。相比于串入负载电阻的方法，该方法对带宽和SR的影响较小，但CF的取值对CL的变化非常敏感。 ##### 3.5 内部带容性负载补偿法 一些运放内部自带容性负载补偿电容，例如AD847、AD817、AD827和AD826等型号。使用这类运放驱动电容负载对于用户来说是最简单的方法之一，但这类运放可能具有较高的输出失真度，并且其驱动能力与信号幅度有关。 #### 四、高速运放典型应用实例 ##### 4.1 高性能视频线路驱动器 例如AD8047-48VFA可以用作视频线路驱动器，如图5所示。通过在运放输出端串入75Ω电阻，保证了运放输出与传输线的良好匹配；在传输线末端并入75Ω电阻则保证了负载之间的匹配。当增益设置为G=+2时，可以实现微分增益误差为零。 通过以上的综述可以看出，高速运算放大器因其独特的性能优势，在众多领域都有着广泛的应用前景。针对不同应用场景，选择合适的高速运放类型，并采取适当的容性负载驱动技术，可以有效提高系统的稳定性和性能。