AD8036/AD8037：低失真、寬帶寬電壓反饋鉗位放大器的技術(shù)剖析

在電子工程領(lǐng)域，放大器的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。AD8036和AD8037作為低失真、寬帶寬電壓反饋鉗位放大器，憑借其卓越的特性在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中脫穎而出。

文件下載：AD8036.pdf

產(chǎn)品特性概述

卓越的鉗位特性

AD8036和AD8037采用獨(dú)特的CLAMPIN?輸入鉗位架構(gòu)，相比傳統(tǒng)輸出鉗位設(shè)備，鉗位性能提升了10倍。典型鉗位誤差僅3mV或更小，有效減少了失真。其鉗位輸入帶寬高達(dá)240MHz，能夠快速響應(yīng)信號(hào)變化，在2×鉗位過載情況下，可在1.5ns內(nèi)恢復(fù)，為高速信號(hào)處理提供了有力支持。

出色的帶寬和失真性能

兩款放大器均具備寬頻帶特性。AD8036小信號(hào)帶寬達(dá)240MHz，大信號(hào)（4V p - p）帶寬為195MHz；AD8037小信號(hào)帶寬為270MHz，大信號(hào)（4V p - p）帶寬為190MHz。在20MHz時(shí)，AD8036的失真低至 - 66dBc，AD8037更是達(dá)到 - 72dBc typ，有效降低了信號(hào)失真，保證了信號(hào)的純凈度。

良好的直流特性

輸入失調(diào)電壓低至2mV，失調(diào)電壓漂移為±10μV/°C，輸入偏置電流小，共模抑制比高，這些特性使得放大器在直流信號(hào)處理方面表現(xiàn)出色，能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地處理信號(hào)。

高速脈沖響應(yīng)

AD8036和AD8037能夠提供“按需”電流，脈沖響應(yīng)速度快，擺率可達(dá)1500V/μs，建立時(shí)間短，10ns可達(dá)到0.1%的精度，16ns可達(dá)到0.01%的精度，滿足高速脈沖信號(hào)處理的需求。

電氣特性詳解

動(dòng)態(tài)性能

從這些數(shù)據(jù)可以看出，AD8037在小信號(hào)帶寬和擺率方面表現(xiàn)更為出色，而兩款放大器在建立時(shí)間上表現(xiàn)相近，都能滿足高速信號(hào)處理的要求。

諧波/噪聲性能

在諧波失真方面，AD8037的表現(xiàn)優(yōu)于AD8036。以2V p - p、20MHz、R L = 100Ω為例，AD8036的2次諧波失真為 - 59dBc（Typ），3次諧波失真為 - 66dBc（Typ）；而AD8037的2次諧波失真為 - 52dBc（Typ），3次諧波失真為 - 72dBc（Typ）。輸入電壓噪聲方面，AD8037在1MHz - 200MHz范圍內(nèi)為4.5nV/√Hz，低于AD8036的6.7nV/√Hz，表明AD8037在噪聲控制方面更具優(yōu)勢(shì)。

鉗位性能

鉗位電壓范圍為±3.3V - ±3.9V，鉗位精度高，典型誤差為±3mV。鉗位輸入帶寬可達(dá)240MHz，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。在2×過載情況下，鉗位過沖不超過5%，保證了信號(hào)在鉗位過程中的穩(wěn)定性。

工作原理分析

反饋電阻選擇

對(duì)于AD8036，在最小穩(wěn)定增益（+1）時(shí)，R F = 140Ω可提供最佳動(dòng)態(tài)性能。該電阻可抑制因引腳電感和寄生電容引起的阻尼RF振蕩，實(shí)現(xiàn)寬帶寬、低寄生峰值和快速建立時(shí)間的良好結(jié)合。在其他非反相配置中，應(yīng)在正輸入端串聯(lián)一個(gè)100 - 130Ω的電阻。對(duì)于一般電壓增益應(yīng)用，放大器帶寬可近似估算為： [f{3dB} cong frac{omega{O}}{2pileft[1+left(frac{R{F}}{R{G}}right)right]}] 但在增益為 + 2/ - 1或更低時(shí)，由于放大器的阻尼因子，該估算會(huì)失去準(zhǔn)確性，實(shí)際帶寬會(huì)超出計(jì)算值。

脈沖響應(yīng)

與傳統(tǒng)電壓反饋放大器不同，AD8036和AD8037能夠根據(jù)輸入“階躍”信號(hào)幅度按比例增加電流，擺率與寬帶電流反饋設(shè)計(jì)相當(dāng)，同時(shí)輸入噪聲電流較低，兼具電壓和電流反饋放大器的優(yōu)點(diǎn)。

功率供應(yīng)和輸入鉗位旁路

為優(yōu)化高頻電路性能，需要進(jìn)行充分的電源旁路。電源引線中的電感可能形成諧振電路，導(dǎo)致放大器響應(yīng)出現(xiàn)峰值。建議使用至少4.7μF和0.1μF - 0.01μF的旁路電容并聯(lián)，部分電解電容可能需要串聯(lián)一個(gè)約4.7Ω的阻尼電阻。在使用鉗位模式時(shí)，需在每個(gè)輸入鉗位引腳和地之間連接0.1μF的旁路電容，以確保穩(wěn)定性。

驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載

AD8036和AD8037主要設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)非容性負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)，可添加一個(gè)小的串聯(lián)電阻R SERIES來改善頻率響應(yīng)。對(duì)于6pF或更小的容性負(fù)載，無需R SERIES。

輸入鉗位放大器操作

AD8036和AD8037的CLAMPIN輸入鉗位架構(gòu)是其高性能的關(guān)鍵。該架構(gòu)由比較器C H 和C L 以及開關(guān)S1組成，通過解碼器控制開關(guān)動(dòng)作。比較器帶寬約為240MHz，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。當(dāng)輸入電壓超過鉗位電壓時(shí)，開關(guān)S1切換，使放大器輸出跟隨鉗位電壓，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的鉗位功能。

應(yīng)用案例探討

單位增益鉗位

在單位增益跟隨器電路中，可使用AD8036實(shí)現(xiàn)鉗位功能。電路將在由V H 和V L 設(shè)置的上下電壓處進(jìn)行鉗位，適用于對(duì)信號(hào)幅度有嚴(yán)格限制的應(yīng)用場(chǎng)景。

帶增益鉗位

AD8037可配置為非反相增益為2的電路，輸出的高鉗位電平為2×V H ，低鉗位電平為2×V L 。通過調(diào)整V H 和V L 的值，可以靈活控制輸出信號(hào)的鉗位范圍。

帶偏移鉗位

在驅(qū)動(dòng)AD9002 A/D轉(zhuǎn)換器的電路中，AD8037可實(shí)現(xiàn)帶偏移的鉗位功能。通過合理計(jì)算電阻值和設(shè)置V H 、V L 的偏置電壓，可確保輸入信號(hào)在安全范圍內(nèi)，同時(shí)滿足轉(zhuǎn)換器的輸入要求。

可編程脈沖發(fā)生器

利用AD8037和AD811可構(gòu)建可編程脈沖發(fā)生器。AD8037工作在增益為2的模式下，AD811用于提升輸出電壓范圍。通過設(shè)置V H 和V L 的電壓值，可精確控制輸出脈沖的高低電平。

高速全波整流器

AD8037可配置為全波整流器，工作頻率可達(dá)20MHz。與基于二極管的全波整流器相比，其失真性能更好，尤其在高頻時(shí)表現(xiàn)出色。通過合理設(shè)計(jì)電路，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的絕對(duì)值輸出。

幅度調(diào)制器

AD8037還可作為幅度調(diào)制器使用。通過輸入載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的幅度調(diào)制。通過調(diào)整調(diào)制信號(hào)的幅度和V H 的直流偏置，可改變調(diào)制深度。

布局注意事項(xiàng)

為實(shí)現(xiàn)AD8036和AD8037的高速性能，需要注意電路板布局和元件選擇。PCB應(yīng)具有接地平面，以提供低阻抗路徑；輸入引腳附近應(yīng)去除接地平面，以減少雜散電容。使用片式電容進(jìn)行電源和輸入鉗位旁路，反饋電阻應(yīng)靠近反相輸入引腳。對(duì)于長(zhǎng)信號(hào)走線，應(yīng)采用帶狀線設(shè)計(jì)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩私印?/p>

總結(jié)

AD8036和AD8037作為低失真、寬帶寬電壓反饋鉗位放大器，在鉗位性能、帶寬、失真和直流特性等方面表現(xiàn)出色。通過合理選擇反饋電阻、優(yōu)化電源旁路和布局設(shè)計(jì)，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。在ADC緩沖、IF/RF信號(hào)處理、高質(zhì)量成像、廣播視頻系統(tǒng)等眾多應(yīng)用場(chǎng)景中，AD8036和AD8037都能提供可靠的信號(hào)處理解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可根據(jù)具體需求選擇合適的放大器，并結(jié)合其工作原理和應(yīng)用案例進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。