Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością

ghost666 07 Paź 2013 13:23 2979 0
  • Jak zaadaptować klasyczny precyzyjny wzmacniacz operacyjny, pracujący z niewielką częstotliwością do pracy z bardzo wysokimi częstotliwościami? i co ważniejsze, jak interpretować pewne niespójności na które można się natknąć podczas projektowania układu? W tym artykule autor skupia się na jednej szczególnej aplikacji op-ampa - wzmacniaczu różnicowym i tym jak różne topologie aplikacji takiego wzmacniacza wpływają na jego efektywne parametry. Na poniższym schemacie widzimy podstawową aplikację wzmacniacza różnicowego:

    Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością


    Wzmacniacz różnicowy używany jest do usunięcia z sygnału przebiegu współbieżnego lub w celu zrealizowania konwertera sygnału różnicowy na sygnał niesymetryczny. Jeśli rozważymy idealny wzmacniacz operacyjny, który z definicji wymusza dokładnie takie same napięcie na wejściu odwracającym i nieodwracającym, w tej aplikacji parametr CMRR - odrzucenie sygnału współbieżnego - jest dobrze znanym parametrem 2e, zależnym od tolerancji użytych oporników. Oczywiście taka sytuacja ma miejsce dla prądu stałego, dla idealnego wzmacniacza operacyjnego. Jeśli użyty wzmacniacz jest różny od modelu teoretycznego, pojawi się pewno napięcie błędu pomiędzy wejściem odwracającym a nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego. Nazwijmy to napięcie błędu ε dla wzmacniaczy z napięciową pętlą sprzężenia zwrotnego lub (1-α) dla wzmacniaczy z pętlą prądową. Warto zwrócić uwagę że symbol wybrany do parametru zależnego od dokładności oporników sprzężenia e i błąd dla wzmacniacza z napięciową pętlą sprzężenia zwrotnego ε są podobne, ale trzeba pamiętać aby ich nie pomylić.

    Parametr α, wspomniany dla wzmacniacza operacyjnego z prądową pętlą sprzężenia zwrotnego jest tożsamy z wzmocnieniem bufora umieszczonego pomiędzy wejściem nieodwracającym i odwracającym op-ampa. Typowo wzmocnienie to wynosi 0,98 V/V.

    Błąd napięciowy wzmacniacza, wspominany powyżej, zazwyczaj jest mniejszy w aplikacjach z napięciowym sprzężeniem zwrotnym, jako że jest on skuteczniej korygowany większym wzmocnieniem w takiej aplikacji. Na poniższym wykresie pokazano CMRR oraz wzmocnienie w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego w funkcji częstotliwości sygnału dla przykładowego układu, którym jest tutaj OPA835 - wzmacniacz operacyjny o pasmie 36 MHz i poborze prądu 250 µA. Należy pamiętać iż jest to układ z napięciowym sprzężeniem zwrotnym.

    Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością




    Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością


    Zatem jakkolwiek układ charakteryzuje się doskonałym odrzuceniem sygnału współbieżnego dla prądu stałego, architektura sprzężenia napięciowego nie zapewnia dobrego CMRR dla wyższych częstotliwości. Aby uzyskać lepsze CMRR dla wyższych częstotliwości warto skorzystać z architektury sprzężenia prądowego, która bardzo często jest lepszym rozwiązaniem dla układów wysokiej częstości.

    Z drugiej strony trzeba pamiętać iż wzmacniacze operacyjne z sprzężeniem prądowym charakteryzują się kiepskim CMRR dla niskich częstotliwości. Poniżej pokazano wykresy CMRR oraz impedancji w otwartej pętli sprzężenia w funkcji częstotliwości układu OPA695, który jest wzmacniaczem operacyjnym z prądową pętlą sprzężenia zwrotnego. Układ ten charakteryzuje się pasmem 1,4 GHz o poborem 12,5 mA prądu.

    Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością
    Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością


    Zatem - jak poprawić CMRR przy wysokich częstotliwościach? Istnieje co najmniej kilka potencjalnych rozwiązań tego problemu. Pierwszym możliwym rozwiązaniem jest wykorzystanie wzmacniacza kompozytowego, łączącego w sobie wysoką precyzję i dużą szybkość. Takie rozwiązanie będzie działać bardzo dobrze dla relatywnie wysokich częśtotliwości, jednakże aby osiągnąć wysokie CMRR dla częstotliwości powyżej 100 MHz, jedynym możliwym rozwiązaniem jest kaskadowe połączenie kilku stopni wzmacniaczy różnicowych w celu uzyskania wymaganego CMRR przy zadanej częstotliwości. Poniżej pokazano taki kaskadowy układ wykonany z dyskretnych wzmacniaczy operacyjnych.

    Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością


    Stopień wykonany w oparciu o OPA659 nie zapewnia żadnego CMRR, ale zapewnia dużą impedancję wejściową, której wymagamy od takiego układu. Układ wykonany z wzmacniaczy operacyjnych OPA2695 charakteryzuje się odrzuceniem sygnału współbieżnego zależnym od dokładności oporników w układzie oraz od CMRR bufora wejściowego. Warto zwrócić uwagę iż CMRR bufora wejściowego będzie czynnikiem ograniczającym parametry całego systemu. Spójrzmy poniżej na wykres zmierzonego CMRR dla takiego układu. Widać na wykresie iż układ z OPA2695 osiąga jedynie 28 dB CMRR. Jest to spójne z teorią. 1% oporniki, zastosowane tutaj, dają -34 dB CMRR z idealnym wzmacniaczem operacyjnym. Dodanie do tej wartości błędów samego układu daje zmierzone -28 dB.

    Drugi stopień układu, oparty o OPA2695, niemalże podwaja CMRR z -28 dB do -52dB, co powoduje iż cały układ charakteryzuje się odrzuceniem sygnału współbieżnego na poziomie -50 dB przy częstotliwości 200 MHh.

    Trzeci stopień układu spełnia rolę bufora wyjściowego i wzmacniacza sygnału.

    Adaptacja precyzyjnych wzmacniaczy różnicowych do pracy z wysoką częstotliwością

    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...ecision-circuits-to-the-high-speed-realm.aspx


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.