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高速运放驱动容性负载的问题(ZT)
moran | 2008-07-28 16:36:33    阅读:4746   发布文章

前言

    众所周知,电容的阻抗是和频率有关的,频率越高,阻抗越小。相比于低速运放,高速运放有更宽的频率响应,因此它要驱动的阻抗更小(更难驱动)。这意味着,同样的layout和负载,应用到低速运放中没有问题,应用到高速运放中就可能出现问题。

 

为什么驱动容性负载是个问题?

    运放的输出阻抗RO不为零,和容性负载以及其他负载一起,使得反馈回路增加了一个极点。

 

    这个极点是和CL的时间常数相关的,它取决于从CL看出去的等效电阻,即RO ‖RL‖(Rf+Rg)。移动这个极点到更高的频段需要减小其中一个或多个电阻的阻值。

    这个新极点是另外附加到正常的闭环响应中的。好的情况下,它只是减少了相位裕量,坏的情况下,它能导致振荡。这种情况可以通过减小RL 来改善,但是这会导致其他问题,如信号的保真度和功率。

   

CLC2600驱动容性负载的例子

    下图显示了CLC2600驱动容性负载的效果,电路图如上(注意RO 不是一个外部电阻,它位于运放的内部),Rf=Rg = 510 Ohms,RL = 100 Ohms。

 

    负载电容越大,频响上冲的尖峰越高,当它大于20pF时就会导致振荡。如果增大RL的阻值甚至移走它的话,情况会变得更坏。

 

我们该怎么做?

    最好的改善办法就是减小或移除这个容性负载,但通常都是不可能的。最容易的办法是在RO和CL之间串一个电阻RS 。这乍听起来好像会使问题变得更糟,但实际是行之有效的,因为RS是位于反馈环外部,而非内部。

 

    RS 减少了由CL 引起的相移,将运放和负载电容隔离了开来,选择正确的RS值能有效的控制负载电容引起的上冲。该方法的弊端是会损失一些带宽。

 

它的效用如何?

    下图显示了CLC2600电路中使用了RS 后的情况,5 Ohms的RS可以使得上冲峰值低于1dB。阻值不必恰恰如图所示,阻值高一点,能令峰值低一点,带宽小一点。(原文是a little higher resistance will result in less peak­ing and a little less bandwidth。如果我没有看错的话,图示明明是高阻值的带宽还大一点啊~~。这里先按原文翻译,等我向原厂确认完后再修正。)

 

    恰当的RS 能使得运放可以驱动一个较宽范围的负载电容,其阻值大小主要看运放的带宽,可查阅运放的手册去获得推荐值。
 
2007年12月21日添加后注:
 
  经和原厂工程师沟通后,上图要表达的信息是在不同的Cl下,总可以找到合适的Rs值使得上冲小于1dB。带宽是受Rs和Cl的共同影响的,它们在1/2*pi*Rs*Cl的频率点处产生一个极点,因此有:

Cl(pf)  Rs(ohms)   Pole Freq (MHz) 

1000    5          31.85

500     9          35.39

100     20         79.62

50      30         106.2

10      40         398.1

  a little higher resistance will result in less peaking and a little less bandwidth指的是

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