电路功能及优点

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图1所示的电路是高速公路FET仪表放大器输入，增益为5，35 MHz宽带宽和10 MHz时55 dB优秀的交流共模抑制（CMR）性能。该电路适用于需要高输入阻抗和快速仪表放大器的应用，包括RF、视频、光学信号检测和高速仪器。CMR高带宽特性也使其成为宽带差分线接收器的理想选择。

大多数分立式仪表放大器需要昂贵的匹配电阻网络才能获得高度CMR性能；但该电路采用集成差动放大器和片内匹配电阻，提高性能，降低成本，最大限度地降低印刷电路板（PCB）布局面积。

图1中的复合仪表放大器电路具有以下性能：

失调电压：4 mV（最大值）

输入偏置电流：2 pA（典型值）

输入共模电压：−3.5 V至 2.2 V（最大值）

输入差分电压：±3.5 V/G(最大值)，G表示一级增益

输出电压摆幅：0.01 V至4.75 V（典型值，150 Ω负载）

−3 dB带宽：35 MHz（典型值，G = 5）

共模抑制：55 dB（典型值，10 MHz）

输入电压噪声：10 nV/√Hz（典型值，100 kHz RTI）

谐波失真：−60 dBc（10 MHz，G = 5，VOUT = 1 V p-p， RL = 1 kΩ）

图1. 高速FET输入仪表放大器(注:未显示电源去耦)

大多数全集成仪表放大器采用双极性或互补双极性工艺制造，优化低频应用，50 Hz或60 Hz下的高CMR 性能。然而，用于视频和RF宽带宽仪表放大器在系统中放大高速信号，信号，并提供高频噪声信号共模抑制特性。

需要用到极高速度、宽带宽的仪表放大器时，一种常见的方法是使用两个高输入阻抗的分立式运算放大器来缓冲并放大第一级的差分输入信号，然后在第二级中将单个放大器配置为差分放大器，以便提供差分至单端转换。该配置通常称为三运放仪器放大器。该方法需要使用4个相对昂贵的精密匹配电阻来实现良好的匹配CMR性能。如果匹配有误差，最终输出也会产生误差。

图1所示的电路可以解决这个问题。使用该电路ADA4830-1 集成高速差动放大器。激光调节薄膜电阻与高精度匹配，因此不需要使用4个相对昂贵的精度来匹配外部电阻。

此外，采用高速双通道ADA作为输入级放大器，4817-2允许复合仪表放大器提供高达80台 MHz同时，电路总增益为2.5。

采用4 mm &TImes; 4 mm LFCSP双通道单封装ADA4817-2放大器和集成器ADA4830-1差动放大器可以大大降低电路板空间，从而降低大型系统的设计成本。

该电路可用于噪声环境ADA4817-2和 ADA4830-1均提供低噪音和优秀的高频CMR性能。

电路描述

该电路基于传统的三运放仪器放大器拓扑，两个运算放大器用于输入增益级，一个差动放大器用于输出级。电路增益为5，带宽为35 MHz

FET放大器输入增益级

ADA4817-2（双通道）FastFET有放大器FET输入单位增益稳定，超高速电压反馈放大器。这些放大器使用 AD公司专有超快速互补双极性（XFCB）工艺制造，工作噪声极低，输入阻抗高，速度快，适用于高速、高源阻抗。

ADA4817-2运算放大器配置共享RG增益电阻。电路增益为1 2RF /RG。当使用共模输入时，无电流流过RG增益电阻。因此，当共模输入时，该电路被用作缓冲器。然后，二次差动放大器可以有效地删除共模输入。

ADA单位增益带宽积4817-2fu等于410 MHz。其闭环带宽可通过以下类似计算：

f−3 dB = fU/G1

其中，G一是一级增益。

对电路而言，由于一级闭环增益为10，因此−3 dB带宽估计为41 MHz。值接近35 MHz测试带宽。

PCB板上的寄生电容和容性负载可能会振荡第一增益级。使用低值反馈电阻和反馈电容可以缓解这个问题。

本电路选用200 Ω反馈电阻。反馈电容CF 为2 pF，带宽平整度最好。

差动放大器和CMR

ADA4830-1是一种具有宽共模电压范围、高速和精度特性的高速差动放大器。它提供0.5 V/V固定增益，−3 dB带宽为84 MHz。电阻通过片内激光调节，10 MHz时该器件的 CMR典型值为55 dB。

CMR仪表放大器的规格参数非常重要，主要取决于二次差动放大器使用的四个电阻的比例匹配。

图2. 差动放大器

通常，在最坏的情况下CMR由下式给出：

其中，Kr以小数表示的单个电阻容差。上述等式表示在最差情况下CMR为34 dB，其中电阻的标称值相同 (1%容差)。该电路采用单芯片ADA4830-1差动放大器，而不是分立电阻，集成激光在放大器片中调节薄膜电阻，因此具有优异的性能CMR性能并节省PCB空间。直流时CMR是65 dB， 10 MHz时CMR是55 dB。

差分和共模电压考虑因素

为最大限度地提高输入电压范围，简化电源要求，采用电路一级±5 V电源，二级采用 5 V。最大差分输入范围由 ADA4817-2的输出摆幅决定。采用±5 V电源时，ADA4817-2 输出摆幅为±3.5 V。因此，允许的最大差输入是±3.5 V/G1，其中G表示一级增益。请注意，权衡允许的最大差异输入和一级闭环增益。

下一步，分析共模电压限制。ADA4817-2输入端的共模电压必须位于−VS 至 VS − 1.8 V之间，即使用±5 V电源范围为−5 V至 2.2 V。采用±5 V电源时，ADA4817-2的输出摆幅限制为±3.5 V（参考ADA4817-2数据手册)。因此，ADA4817-2 的输出摆幅将电路的负输入共模电压限制为−3.5 V，因此，复合电路允许的输入共模范围是−3.5 V至 2.2 V。

要从电路中获得高性能，必须采用良好的布局、接地和去耦技术。PCB请参考布局细节 指南MT-031、 指南MT-101，以及“高速印刷电路板布局实用指南” 一文。另外，， ADA4817-2AD一级代理数据手册和ADA还在4830-1数据手册中提供了布局指南。

电路性能

测试复合电路的四个最重要参数：CMR、−3 dB测试结果见图3至图6。

图3显示复合电路的CMR为−65 dB(直流)和−55 dB （10 MHz）。图4显示5时带宽为35 MHz，输出负载为 100 Ω。图5显示100 kHz当复合电路转换为输入时，噪声仅为10 nV/√Hz，而且平带噪较高频率下为8 nV/√Hz。图6显示10 MHz时，电路的THD为60 dBc（VOUT =1 V p-p， RL= 1 kΩ）。

图3. CN-0273 CMR

图4. 复合电路的频率响应（VOUT= 1 V p-p，RL= 100 Ω）

图5. 复合电路与输入电压噪声相结合

图6. 二次（HD2）和三次（HD3）谐波失真（VOUT = 1 V p-p，RL = 1 kΩ）

常见变化

通过增益电阻值RG，总增益可以很容易地配置，。请注意，总增益越大，电路带宽越窄。

可用于低速应用AD8274取代了二级差动放大器。AD8274差动放大器有固定的增益2，因此电路可以获得更高的总增益。

为了增加输入共模范围和差异范围，可以使用±12 V单位增益带宽145 MHz轨道到轨高速FET例如，输入放大器AD8065/ AD8066。