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寬帶固定增益放大器THS4302特性及應用

時間:2023-02-21 00:19:06 電子通信論文 我要投稿
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寬帶固定增益放大器THS4302特性及應用

摘要:THS4302是TI公司推出的新型固定增益放大器,具有2.4GHz的帶寬和+5V/V的固定增益,其性能是現(xiàn)有同類產品的四倍,可為高速應用系統(tǒng)提供高速低噪聲的模擬解決方案。文中介紹了THS4302的特點、工作原理及使用注意事項,并在此基礎上給出了幾種典型應用。

    關鍵詞:固定增益 放大器 A/D轉換器?THS4302

寬帶固定增益放大器THS4302特性及應用

1 引言

THS4302是美國德州儀器公司推出的新型固定增益放大器,它具有低失真、高斜率、低噪聲和超過2GHz的增益帶寬積。這些特性的結合使得模擬電路設計人員能夠超越當前的性能限制,而以高于先前使用閉環(huán)所能達到的速率來處理模擬信號,從而優(yōu)化放大器的設計方案。

THS4302具有2.4GHz的帶寬及+5V/V的固定增益,其性能較現(xiàn)有同類器件提高了三倍,從而為高速應用領域提供了高速度、低噪聲的模擬解決方案。

THS4302的推出使得無線基站、中繼站以及其它基礎設備能夠提供更多的通道,從而可在更小空間中提供更高的帶寬。由于THS4302具有高速、低失真特性,因而可在數(shù)字信號處理 (DSP)中驅動寬動態(tài)范圍的高精度A/D(數(shù)/模)轉換器。THS4302在100MHz頻率輸入時, 可驅動100Ω負載,其三階輸出截取點(OIP3)可高達+46dBm,這和以前的相同固定電壓增益的運算放大器相比,具有更佳的線性增益變化及更低的功耗。

THS4302還采用了新型的帶散熱墊(PowerPAD)的RGT封裝,其引腳定義如圖1所示。各引腳下的功能說明如下:

1~4腳(VS-):電源負端;

5~8腳(VOUT):輸出端;

9~12腳(VS+):電源正端;

13腳(NC):空腳;

14腳(VIN-):輸入負端;

15腳(VIN+):輸入正端;

16腳(PD):功率下拉端,低電平有效。

2 工作原理

2.1 寬帶同相工作

THS4302是具有功耗下拉功能的固定增益電壓反饋運算放大器,可在3V~5V的電源下工作,F(xiàn)以圖2為例說明TH4302電路的典型性能。該電路采用同相放大結構,并采用雙電源供電。圖2中,VI端49.9Ω的并聯(lián)電阻用來匹配測試儀器的源阻抗。VO端的50Ω電阻用于與測試儀器的50Ω負載阻抗相串聯(lián)以提供100Ω負載。輸出端總的100Ω負載與總共250Ω的反饋網絡負載相結合可在THS4302的輸出端呈現(xiàn)出71Ω的有效輸出負載。圖中的Rf、Rg為THS4302的內部反饋電阻和增益設定電阻,其取值分別為200Ω和50Ω。從圖2可以看出,為了獲得足夠寬的頻帶響應,電路在正、負電源端均設計了嚴格的濾波網絡。

2.2 單電源工作

當THS4302在單電源下工作時,輸入信號和放大器必須具有適當?shù)钠靡员隳塬@得最大的輸出電壓擺幅。圖3給出了一種有益于放大器單電源工作的配置方法。

為了獲得最大的輸出電壓擺幅,輸入信號和放大器應加Vs/2的電壓。圖中標示的2.5V偏置電壓是在供電電壓為5V時給出的。

另外,通過THS4302的功耗下拉引腳?PD?可以將靜態(tài)電流從37mA降至800μA,這對于降低系統(tǒng)功耗是非常有用的。當放大器的功耗下拉腳(PD)接到高電平(正電源)時,放大器工作在正常功耗模式。而當功耗下拉腳(PD)接負電平時,放大器關斷,此時電流降至800μA。

功耗上拉或下拉門限電壓與電源電壓有關。當加到功耗下拉腳(PD)的電壓高于使能電壓時,器件被激活。而在低于下拉電壓時,器件休眠。當所加電壓在兩門限電壓之間時,放大器的工作狀態(tài)不確定。

3 典型應用電路

3.1 用THS4302驅動A/D轉換器

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圖4所示是用THS4302驅動高性能A/D轉換器的實際電路。圖中,THS4302輸出的放大信號經過隔離電阻、AC耦合電容和低通濾波器后,再經寬帶變壓器即可轉化為差分信號以驅動A/D轉換器。對于不包含直流信息的應用,這種驅動ADCs的方法很有用。

RISO電阻在電路中起隔離作用,對它的精心設計可使電路獲得最優(yōu)的頻率響應。

3.2 用THS4302驅動電容負載

對運算放大器來說,電容負載是一種最苛刻、也是很普通的負載條件。通常,電容負載為A/D轉換器的輸入,包括推薦用來改善A/D 線性度的外部附加電容。象THS4302這樣的高速放大器,在輸出端直接放置電容負載時,其穩(wěn)定性很容易受到影響。而且,在放大器帶有開環(huán)輸出電阻時,電容負載在信號路徑上引入的附加極性會減少相位余量,因此,在設計時,如果主要考慮頻率響應的平坦度、脈沖響應的真實度、或者失真度,最簡單有效的方法是在放大器輸出和電容負載之間插入一個串聯(lián)隔離電阻RISO以將反饋回路和電容負載隔離。

    當THS4302的寄生電容負載超過2pF時,其頻率響應性能降低。在實際應用時,長的PC板路徑,非匹配電纜以及多個器件間的連接都很容易出現(xiàn)等效寄生電容負載超過2pF的情況。因此,為了獲得最優(yōu)的頻率響應,RISO電阻的取值尤為重要,并應盡可能地將電阻RISO安裝在靠近THS4302的輸出端。圖5所示為一組THS4302驅動不同電容負載時的頻率響應曲線。

4 使用建議

THS4302具有2.4GHz的頻帶和5倍的電壓增益,為了獲得最優(yōu)的AC性能,下面給出一些關于電源退耦和版圖設計方面的建議。

(1)盡可能地將退耦電容放置在靠近電源輸入端,以減小電源到地的電感。推薦使用與器件電源腳寬度差不多的電源線來連接退耦電容,并用3個或更多的孔將電容連接到地平面。

(2)將容值小的電容優(yōu)先放置在最接近器件的位置。

(3)固態(tài)電源平面的四周到地平面之間要慎用高頻退耦電容,以避免PCB出現(xiàn)自激。

(4)為了獲得超過2 GHz的最佳傳輸特性,建議旁路電容的排列采用評估板上的排列方式。30.1Ω電阻與0.1μF電容串聯(lián)可降低并聯(lián)集總元件的諧振Q值。其中包括0.1μF和47pF電容和放大器的電源輸入電容。

(5)將信號輸入/輸出腳到交流地的寄生電容應減到最小。

    不管怎樣,如果在I/O端使用傳輸線,匹配電阻應盡可能地接近器件。除非使用了傳輸線,否則,輸出端和同相輸入端的寄生電容會與負載和源阻抗一起,不自覺地對帶寬產生限制。為了降低不必要的電容,地平面或電源平面應沿著信號I/O腳的周圍斷開,以形成一個窗口。

(6)將電源腳到高頻0.1μF退耦電容器的距離減到最小?<0.25”?;

設計的地平面和電源平面不盡遠離信號I/O腳,以避免使用窄的電源和地線,達到減小引腳和退耦電容間電感的目的。

(7) 仔細選擇和放置外部元件以保護THS4302的高頻性能。電阻應選擇低電抗類型的。表貼電阻的工作特性較好,可進行高密度設計。此外,還應保持PC板上的連線盡可能地短。

(8)與其它寬帶元件間應短線直接連接或使用板上傳輸線。 實際上,THS4302內部已經產生有2pF的寄生負載。因此,隨著信號增益的增加,在沒有隔離電阻的情況下,也可以驅動更大的寄生電容負載。也就是說,如果實際要求的走線較長,那么,也可以采用6dB固有信號損耗的雙端傳輸線,當然還可以采用微帶設計技術實現(xiàn)阻抗匹配傳輸線。

(9)像THS4302和THS4303這樣的高速器件,一般不推薦使用插座。

(10)應充分利用PowerPAD來獲得最佳的溫度性能。



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