集成運(yùn)放的非線(xiàn)性失真分析及電路應(yīng)用
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時(shí)間：2010-05-26
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
運(yùn)算放大器廣泛應(yīng)用在各種電路中，不僅可以實(shí)現(xiàn)加法和乘法等線(xiàn)性運(yùn)算電路功能，而且還能構(gòu)成限幅電路和函數(shù)發(fā)生電路等非線(xiàn)性電路，不同的連接方式就能實(shí)現(xiàn)不同的電路功能。集成運(yùn)放將運(yùn)算放大器和一些外圍電路集成在一塊硅片上，組合成了具有特定功能的電子電路。集成運(yùn)放體積小，使用方便靈活，適合應(yīng)用在移動(dòng)通信和數(shù)碼產(chǎn)品等便攜設(shè)備中。
線(xiàn)性特性是考查具有放大功能的集成運(yùn)放和接收射頻前端電路的一個(gè)重要參數(shù)，并且線(xiàn)性范圍對(duì)集成運(yùn)放的連接方式也有很大影響。集成運(yùn)放的線(xiàn)性范圍太小，就會(huì)造成輸出信號(hào)產(chǎn)生多次諧波和較大的諧波功率，嚴(yán)重地影響整個(gè)電路的功能?；诩蛇\(yùn)放的非線(xiàn)性分析，可以發(fā)現(xiàn)造成電路非線(xiàn)性失真的原因，并且在不改變電路設(shè)計(jì)的前提下，通過(guò)改變集成運(yùn)放的連接方式，達(dá)到實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)放正常工作的目的。本文設(shè)計(jì)優(yōu)化的集成運(yùn)放電路應(yīng)用于定位系統(tǒng)射頻前端電路，完成對(duì)基帶掃頻信號(hào)的放大輸出，能有效抑制了集成運(yùn)放諧波的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)射頻接收前端電路的高增益，提高對(duì)后端電路設(shè)計(jì)部分的驅(qū)動(dòng)能力。
l 差分電路的接入方法和集成運(yùn)放的非線(xiàn)性參數(shù)
通用集成運(yùn)放電路由：偏置電路、輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)等組成。其輸入級(jí)部分由差分電路構(gòu)成。差分電路有雙端輸入和單端輸入兩種信號(hào)輸入方法；偏置電路可以采用單電源和雙電源兩種供電方式。在移動(dòng)通信或便攜設(shè)備中，一般采用單電源供電方式，單電源供電的集成運(yùn)放要求輸入信號(hào)采用單極性形式，即輸入信號(hào)始終是正值或是負(fù)值，差分輸入級(jí)可以用來(lái)保證輸入中間級(jí)電路的信號(hào)極性，同時(shí)差分輸入級(jí)放大電路可以有效抑制共模信號(hào)，增強(qiáng)集成運(yùn)放的共模抑制比。但是，當(dāng)共模輸入信號(hào)較大時(shí)，差分對(duì)管就會(huì)進(jìn)入非線(xiàn)性工作狀態(tài)，放大器將失去共模抑制能力，嚴(yán)重影響到集成運(yùn)放的共模抑制比。
集成運(yùn)放的非線(xiàn)性特性參數(shù)除了最大共模輸入電壓外，輸出電壓、輸出電流、最大輸出壓擺率和最大輸入壓擺率等也是關(guān)系到其非線(xiàn)性特性的重要指標(biāo)。由于集成運(yùn)放的輸出級(jí)晶體管存在一定的飽和壓降，其最大輸出電壓都要比電源電壓小1～2 V，甚至更小。壓擺率就是電壓的轉(zhuǎn)換速率，是集成運(yùn)放在大信號(hào)和高頻信號(hào)工作時(shí)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。壓擺率越高，集成運(yùn)放的電壓反應(yīng)速度越快，越能保證運(yùn)放在更高頻率下工作；相反，如果壓擺率太低，運(yùn)放的輸出電壓無(wú)法即時(shí)地跟隨階躍輸入電壓的變化，輸出信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)失真，表現(xiàn)出集成運(yùn)放的非線(xiàn)性特性。無(wú)論單電源供電，還是正負(fù)電源供電，集成運(yùn)放的最大共模電壓一般比電源正、負(fù)電壓各低2 v左右；對(duì)于3．3 V單電源供電的集成運(yùn)放，其最大共模輸入電壓范圍非常小，所以集成運(yùn)放在使用低電源供電的情況下，一定要考慮輸入共模信號(hào)的影響。
2 雙端輸入集成運(yùn)放AD8062的電路應(yīng)用
在接收機(jī)射頻前端電路中，現(xiàn)代混頻器內(nèi)部集成了運(yùn)算放大器的功能，但是內(nèi)部集成的運(yùn)算放大器輸出阻抗較高，使得混頻器后端負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)，同時(shí)電壓增益也容易受到負(fù)載阻抗變化的影響。為了實(shí)現(xiàn)接收機(jī)能夠接收大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)，射頻前端采用了增益控制放大電路；同時(shí)，考慮到接收機(jī)高靈敏度的要求，使用固定增益集成運(yùn)放對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行再放大，以保證接收到的信號(hào)達(dá)到A/D采樣的最低門(mén)限。集成運(yùn)放AD8062具有很高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，能夠保證下變頻后信號(hào)的高效傳輸，并且能夠有效提高負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。為了滿(mǎn)足整個(gè)電路系統(tǒng)的增益設(shè)計(jì)要求，接收前端對(duì)下變頻后的基帶信號(hào)進(jìn)行放大便顯得尤為必要。
2．1 AD8062主要性能介紹
輸出電壓擺動(dòng)為6 mV；3 dB帶寬為500 MHz；電壓擺率為800 V／μs；差分放大相位誤差為O．04°；電源電壓為2．7～8 V。AD8062是雙集成運(yùn)算放大器，可以同時(shí)對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行放大輸出。共模輸入電壓范圍也較大，能夠在低電源電壓供電電路中使用；輸出端采用軌對(duì)軌(Rail to Rail)反饋放大器方式，擴(kuò)展了輸出電壓范圍，更加方便了AD8062的使用。相比于同類(lèi)型電流反饋放大器，AD8062具有較寬的信號(hào)輸入帶寬和較高的壓擺率特性，適合應(yīng)用在擴(kuò)頻通信電路中。
2．2 AD8062電路實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用
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