寬帶固定增益放大器THS4302特性及應用

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(chǎn)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

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。現(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(wǎng)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(wǎng)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�置以便能獲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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p;  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(jīng)過隔離電阻、ＡＣ耦合電容和低通濾波器后，再經(jīng)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(chǎn)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(jīng)產(chǎn)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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