ADA4896:ADI軌到軌輸出放大器詳解
ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2是單位增益穩(wěn)定、低噪聲、軌到軌輸出、高速電壓反饋型放大器,靜態(tài)電流為3 mA,1/f噪聲為2.4 nV/_Hz (10 Hz),無雜散動態(tài)范圍為−80 dBc (2 MHz),堪稱超聲、低噪聲前置放大器和高性能ADC驅(qū)動器等各種應(yīng)用的理想解決方案。ADI公司專有的新一代SiGe雙極性工藝和創(chuàng)新結(jié)構(gòu)造就了如此高性能的放大器。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201710/367062.htm典型性能值
為了縮短設(shè)計時間并消除不確定性,表1提供了典型增益、元件值和性能參數(shù)的參考值。所用的電源電壓為5 V。帶寬在200 mV p-p的小信號輸出下獲得,壓擺率在2 V輸出階躍下獲得。請注意,隨著增益提高,小信號帶寬會下降,這與增益帶寬積的關(guān)系是一致的。此外,增益越高,相位余量越大,放大器變得越加穩(wěn)定。因此,頻率響應(yīng)的峰化隨之減小(見圖1)。
表一:
圖一 不同增益下的小信號頻率響應(yīng)
低噪聲增益可選放大器
圖二 利用ADA4896-2和ADG633構(gòu)建低噪聲增益可選放大器來驅(qū)動低阻性負(fù)載
增益可選放大器支持處理各種不同的輸入信號。傳統(tǒng)增益可選放大器利用反饋環(huán)路中的開關(guān)連接反相輸入端。開關(guān)電阻會降低放大器的噪聲性能,并在反相輸入節(jié)點增加很大的電容。使用低噪聲放大器時,噪聲和電容問題尤其麻煩。此外,開關(guān)電阻也會引起令人討厭的非線性增益誤差。圖2顯示了在增益可選放大器中使用的一種創(chuàng)新開關(guān)技術(shù),它既能保持ADA4896-2的1 nV/Hz噪聲性能,同時還大大降低非線性增益誤差。利用這種技術(shù),用戶也可選擇電容最小的開關(guān)來優(yōu)化電路的帶寬。在圖2所示電路中,開關(guān)利用 ADG633實現(xiàn),配置為S1A和S2A接通,或者S1B和S2B接通。
本例中,當(dāng)開關(guān)S1A和S2A接通時,第一級放大器增益為+4;當(dāng)開關(guān)S1B和S2B接通時,第一級放大器增益為+2。ADG633的第一組開關(guān)置于反饋環(huán)路的輸出端,第二組開關(guān)用于在某一點(V1或V2)采樣,該點的開關(guān)電阻和非線性電阻無關(guān)緊要。這樣就能降低增益誤差,同時保持ADA4896-2的噪聲性能。
注意,輸出緩沖器的輸入偏置電流會跟采樣開關(guān)S2A和S2B的阻抗做成電路誤差。這兩個采樣開關(guān)與電壓和溫度的關(guān)系均呈非線性特點。如果這是一個問題,則應(yīng)將ADG633未使用的開關(guān)(S3B)置于輸出緩沖器的反饋路徑中,用以平衡偏置電流(參見圖2)。此外,輸入放大器的偏置電流會在輸出端引起偏移,該偏移隨增益設(shè)置不同而異。
由于輸入放大器和輸出緩沖器均為單芯片器件,因此可以利用其偏置電流的相對匹配性來消除上述偏移變化。將一個大小等于RF2與RF1之差值的電阻與開關(guān) S2A串聯(lián),可以獲得更穩(wěn)定的失調(diào)電壓。下面的推導(dǎo)公式說明,在V1采樣可產(chǎn)生所需的信號增益,且無增益誤差。RS表示開關(guān)電阻。V2可以利用同樣的方法導(dǎo)出。
公式一注意,如果V01產(chǎn)生所需的信號增益且無增益誤差,則緩沖輸出V02也無增益誤差。圖3所示為電路在V02處的歸一化頻率響應(yīng)。
圖三 V02/VIN的頻率響應(yīng)
醫(yī)療超聲應(yīng)用圖超聲系統(tǒng)概述
圖四 簡化超聲系統(tǒng)功能框圖
醫(yī)療超聲系統(tǒng)屬于當(dāng)今廣泛使用的最復(fù)雜的信號處理系統(tǒng)。超聲系統(tǒng)可以通過向人體發(fā)射聲學(xué)能量,然后接收并處理回波,從而產(chǎn)生內(nèi)部器官和結(jié)構(gòu)的圖像,繪制血液流動和組織運動圖,以及提供高度精確的血流速度信息。圖4所示為超聲系統(tǒng)的簡化功能框圖。
超聲系統(tǒng)主要包括兩種操作:時間增益控制(TGC)操作和連續(xù)波(CW)多普勒操作。AD9279將這兩種操作的關(guān)鍵器件集成到一個IC中,它內(nèi)置8通道的可變增益放大器(VGA)、低噪聲前置放大器(LNA)、抗混疊濾波器(AAF)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及具有可編程相位旋轉(zhuǎn)的I/Q解調(diào)器。關(guān)于如何在超聲系統(tǒng)中使用AD9279的詳細信息,請參見AD9279數(shù)據(jù)手冊。
在超聲應(yīng)用中,ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2用在AD9279 I/Q解調(diào)器之后的連續(xù)波多普勒路徑中。多普勒信號通常在100 Hz到100 kHz范圍內(nèi)。ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2的低本底噪聲和高動態(tài)范圍使其成為處理弱多普勒信號的出色選擇。
ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2提供軌到軌輸出和高輸出電流驅(qū)動,非常適合用于電流電壓轉(zhuǎn)換器、電流加法器和ADC驅(qū)動器。圖4所示為AD9279所有8個通道的互連框圖。使用放大器ADA4896-2的兩級。第一級執(zhí)行電流電壓轉(zhuǎn)換,并對解調(diào)過程產(chǎn)生的高頻成分進行濾波。第二級用于匯總多個AD9279器件的輸出電流,以便提供增益,并驅(qū)動18位SAR型ADC AD7982。CW信號路徑的折合到輸出端噪聲取決于LNA增益、第一級求和放大器的選擇和RFILT值。要確定折合到輸出端噪聲,必須知道有源低通濾波器(LPF)的RA、RFILT和CFILT值。
單個AD9279的所有8個通道的典型濾波器值為:RA為100 _,RFILT為500 _,CFILT為2.0 nF;此時可實現(xiàn)100 kHz的單極點低通濾波器。通過提高濾波器電阻RFILT,可以提高電流電壓轉(zhuǎn)換器的增益。為使轉(zhuǎn)折頻率保持不變,濾波器電容CFILT應(yīng)降低同樣的比例。限制增益幅度的因素是輸出擺幅,以及電流電壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載驅(qū)動能力( 本例中用的是ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2)。任何放大器的驅(qū)動能力都有限只能驅(qū)動有限的通道。
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