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陷波滤波器能有效降低放大器峰值并提高增益平坦度

发布时间:2019-12-10 来源:Charly El-Khoury 责任编辑:wenwei

【导读】ADA4817 FastFET™ 运算放大器可以实现 1 GHz 的带宽,而输入噪声仅为 4 nV/√Hz,这使得它成为同类产品中速度最快且噪声最低的放大器。虽然 ADA4817 的单位增益是稳定的,但高频极将其增益带宽积从 410 MHz(高增益)增加到 1 GHz(单位增益)。不幸的是,该高频极降低了相位裕度,造成不必要的频率响应峰值和阶跃响应振铃。通过在放大器的同相输入中添加离散 RLC 陷波滤波器,不仅可以保持高带宽和输入阻抗,同时还能大幅降低峰值、提高增益平坦度和减少过冲。
 
RLC 陷波滤波器(如图 1 所示)利用放大器的输入特性来产生所需的结果。R 和串联 LC 一起形成的陷波可以调整形状,从而补偿由放大器和寄生电容产生的峰值。结果是 1 GHz 带宽 (−3 dB)、250 MHz 增益平坦度 (0.1 dB) 和峰值小于 1-dB(增益 = 1 时)。
 
http://www.cntronics.com/art/artinfo/id/80037260
图 1. RLC 陷波滤波器。
 
电阻器、电容器和电感器的选择是至关重要的。ADA4817 的输入阻抗看起来像是一个接地的 1.4-pF 电容器。图 2 显示了具有放大器输入阻抗的 RLC 电路。此电路将被深入分析以生成传递函数 方程式 0
 
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图 2. 陷波滤波器和放大器输入阻抗。
 
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其中 C1 是放大器输入阻抗,并且 ω = 2πf。图 3 显示了使用方程式 2(其中 C1=1.4 pF)时的幅值响应。L 和 C 的值决定传递函数跨越 0 dB 的位置。R 的值决定陷波的深度。
 
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图 3. 多种不同的 RLC 陷波。
 
为了补偿放大器的峰值,需要添加放大器和滤波器的单独频率响应,同时调节 R、L 和 C 以实现最平坦的整体响应。为此,可以使用 Excel 或大多数电路模拟软件。陷波可以调整形状,以减少峰值、提高平坦度和减少过冲。图 4 显示了整体设计,其中陷波连接到同相输入。
 
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图 4. 整体电路。
 
或许,FET 输入 ADA4817 的最重要特性是其极低的输入偏置电流。陷波电路不仅保持了这一特性,同时还保留了放大器的低失真和噪声性能。图 5 显示了具有和不具有陷波滤波器的 ADA4817 的频率响应。请注意,它不仅保持了带宽,同时还提高了平坦度并降低了峰值。
 
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图 5. 具有和不具有 RLC。
 
图 6 显示了具有和不具有 RLC 电路的 ADA4817 的阶跃响应。此外,同样的设计还可用于调整其他 FET 输入放大器的频率响应的形状。此设计保持了 FET 输入的高输入阻抗,但可以将接地的 RLC 与放大器结合使用(并非必须)。
 
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图 6. 具有和不具有 RLC 时的脉冲响应。
 
结论
 
在 ADA4817 FET 输入运算放大器的前面添加离散 RLC 陷波滤波器可以显著改善其性能。这种新颖但简单的技术不仅可以降低峰值、提高增益平坦度和减少对冲,同时还—保留了初始的 1 GHz 带宽 (–3 dB)。虽然这种强大且低成本的解决方案增加了三个新元件,但如果平坦的频率响应、较低的对冲和增强的性能对用户很重要,则这一额外的成本是值得的。
 
 
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