電路描述 - 具有低輸入偏置電流和高交流共模抑制性能的高速FET輸入儀表放大器

　　電路描述

　　該電路基于傳統(tǒng)的三運(yùn)放儀表放大器拓?fù)?，兩個(gè)運(yùn)算放大器用于輸入增益級(jí)，一個(gè)差動(dòng)放大器用于輸出級(jí)。該電路增益為5，帶寬為35 MHz

　　FET放大器輸入增益級(jí)

　　ADA4817-2（雙通道）FastFET放大器是具有FET輸入的單位增益穩(wěn)定、超高速電壓反饋型放大器。這些放大器采用 ADI公司的專有超快速互補(bǔ)雙極性（XFCB）工藝制造，工作噪聲極低，輸入阻抗非常高且速度快，適合要求高速和高源阻抗的應(yīng)用。

　　ADA4817-2運(yùn)算放大器配置為共享RG增益電阻。對(duì)于差分輸入，電路增益為1 + 2RF /RG。采用共模輸入時(shí)，無(wú)電流流過(guò)RG增益電阻。因此，該電路在共模輸入時(shí)用作緩沖器。隨后，第二級(jí)差動(dòng)放大器可有效移除共模輸入。

　　ADA4817-2的單位增益帶寬積fu等于410 MHz。其閉環(huán)帶寬可通過(guò)下式近似計(jì)算：

　　f?3 dB = fU/G1

　　其中，G1為第一級(jí)的增益。

　　對(duì)于該電路而言，由于第一級(jí)閉環(huán)增益為10，因此?3 dB帶寬估算值為41 MHz。該值非常接近35 MHz的測(cè)試帶寬。

　　PCB板上的寄生電容和容性負(fù)載可能會(huì)使第一增益級(jí)振蕩。使用低數(shù)值的反饋電阻，并使用反饋電容，可緩解這一問(wèn)題。

　　本電路選用了200 Ω的反饋電阻。反饋電容CF 為2 pF，具有最佳帶寬平坦度。

　　差動(dòng)放大器和CMR

　　ADA4830-1是高速差動(dòng)放大器，具有寬共模電壓范圍，兼具高速和精密特性。它提供0.5 V/V的固定增益，?3 dB帶寬為84 MHz。通過(guò)片內(nèi)激光調(diào)整電阻，10 MHz時(shí)該器件的 CMR典型值為55 dB。

　　CMR是儀表放大器極為重要的規(guī)格參數(shù)，主要取決于第二級(jí)差動(dòng)放大器使用的4個(gè)電阻的比率匹配，如圖2所示。

　　圖2. 差動(dòng)放大器

　　通常，最差情況下的CMR由下式給出：

　　其中，Kr是以小數(shù)表示的單個(gè)電阻容差。上述等式表示最差情況下的CMR為34 dB，其中4個(gè)電阻具有相同的標(biāo)稱值 （1%容差）。該電路采用單芯片ADA4830-1差動(dòng)放大器而非分立式電阻，放大器片內(nèi)集成激光調(diào)整薄膜電阻，因此具有出色的CMR性能并節(jié)省PCB空間。直流時(shí)CMR是65 dB， 10 MHz時(shí)CMR是55 dB。

　　差分和共模電壓考慮因素

　　若要最大化輸入電壓范圍并簡(jiǎn)化電源要求，則電路第一級(jí)采用±5 V電源，而第二級(jí)采用+5 V。最大差分輸入范圍由 ADA4817-2的輸出擺幅決定。采用±5 V電源時(shí)，ADA4817-2 輸出擺幅為±3.5 V。因此，允許的最大差分輸入為±3.5 V/G1，其中G1表示第一級(jí)增益。請(qǐng)注意，需在允許的最大差分輸入和第一級(jí)閉環(huán)增益之間作出權(quán)衡。

　　下一步，分析共模電壓限制。ADA4817-2輸入端的共模電壓必須位于?VS 至+VS ? 1.8 V之間，即采用±5 V電源時(shí)范圍為?5 V至+2.2 V。采用±5 V電源時(shí)，ADA4817-2的輸出擺幅限制為±3.5 V（參考ADA4817-2數(shù)據(jù)手冊(cè)）。因此，ADA4817-2 的輸出擺幅將電路的負(fù)輸入共模電壓限制為?3.5 V，從而復(fù)合電路允許的輸入共模范圍為?3.5 V至+2.2 V。

　　若要從該電路獲得高性能，必須采用良好的布局、接地和去耦技術(shù)。有關(guān)PCB布局詳情，請(qǐng)參考 指南MT-031、 指南MT-101，以及“高速印刷電路板布局實(shí)用指南” 一文。另外， ADA4817-2數(shù)據(jù)手冊(cè)和ADA4830-1數(shù)據(jù)手冊(cè)中還提供了布局指南。