ADA4896:ADI轨到轨输出放大器详解

　　ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2是单位增益稳定、低噪声、轨到轨输出、高速电压反馈型放大器，静态电流为3 mA，1/f噪声为2.4 nV/_Hz （10 Hz），无杂散动态范围为−80 dBc （2 MHz），堪称超声、低噪声前置放大器和高性能ADC驱动器等各种应用的理想解决方案。ADI公司专有的新一代SiGe双极性工艺和创新结构造就了如此高性能的放大器。

　　典型性能值

　　为了缩短设计时间并消除不确定性，表1提供了典型增益、元件值和性能参数的参考值。所用的电源电压为5 V。带宽在200 mV p-p的小信号输出下获得，压摆率在2 V输出阶跃下获得。请注意，随着增益提高，小信号带宽会下降，这与增益带宽积的关系是一致的。此外，增益越高，相位余量越大，放大器变得越加稳定。因此，频率响应的峰化随之减小（见图1）。

　　表一：

　　

　　

　　图一 不同增益下的小信号频率响应

　　低噪声增益可选放大器

　　

　　图二 利用ADA4896-2和ADG633构建低噪声增益可选放大器来驱动低阻性负载

　　增益可选放大器支持处理各种不同的输入信号。传统增益可选放大器利用反馈环路中的开关连接反相输入端。开关电阻会降低放大器的噪声性能，并在反相输入节点增加很大的电容。使用低噪声放大器时，噪声和电容问题尤其麻烦。此外，开关电阻也会引起令人讨厌的非线性增益误差。图2显示了在增益可选放大器中使用的一种创新开关技术，它既能保持ADA4896-2的1 nV/Hz噪声性能，同时还大大降低非线性增益误差。利用这种技术，用户也可选择电容最小的开关来优化电路的带宽。在图2所示电路中，开关利用 ADG633实现，配置为S1A和S2A接通，或者S1B和S2B接通。

　　本例中，当开关S1A和S2A接通时，第一级放大器增益为+4；当开关S1B和S2B接通时，第一级放大器增益为+2。ADG633的第一组开关置于反馈环路的输出端，第二组开关用于在某一点（V1或V2）采样，该点的开关电阻和非线性电阻无关紧要。这样就能降低增益误差，同时保持ADA4896-2的噪声性能。

　　注意，输出缓冲器的输入偏置电流会跟采样开关S2A和S2B的阻抗做成电路误差。这两个采样开关与电压和温度的关系均呈非线性特点。如果这是一个问题，则应将ADG633未使用的开关（S3B）置于输出缓冲器的反馈路径中，用以平衡偏置电流（参见图2）。此外，输入放大器的偏置电流会在输出端引起偏移，该偏移随增益设置不同而异。

　　由于输入放大器和输出缓冲器均为单芯片器件，因此可以利用其偏置电流的相对匹配性来消除上述偏移变化。将一个大小等于RF2与RF1之差值的电阻与开关 S2A串联，可以获得更稳定的失调电压。下面的推导公式说明，在V1采样可产生所需的信号增益，且无增益误差。RS表示开关电阻。V2可以利用同样的方法导出。

　　公式一注意，如果V01产生所需的信号增益且无增益误差，则缓冲输出V02也无增益误差。图3所示为电路在V02处的归一化频率响应。

　　

　　图三 V02/VIN的频率响应

　　医疗超声应用图超声系统概述

　　

　　图四 简化超声系统功能框图

　　医疗超声系统属于当今广泛使用的最复杂的信号处理系统。超声系统可以通过向人体发射声学能量，然后接收并处理回波，从而产生内部器官和结构的图像，绘制血液流动和组织运动图，以及提供高度精确的血流速度信息。图4所示为超声系统的简化功能框图。

　　超声系统主要包括两种操作：时间增益控制（TGC）操作和连续波（CW）多普勒操作。AD9279将这两种操作的关键器件集成到一个IC中，它内置8通道的可变增益放大器（VGA）、低噪声前置放大器（LNA）、抗混叠滤波器（AAF）、模数转换器（ADC）以及具有可编程相位旋转的I/Q解调器。关于如何在超声系统中使用AD9279的详细信息，请参见AD9279数据手册。

　　在超声应用中，ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2用在AD9279 I/Q解调器之后的连续波多普勒路径中。多普勒信号通常在100 Hz到100 kHz范围内。ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2的低本底噪声和高动态范围使其成为处理弱多普勒信号的出色选择。

　　ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2提供轨到轨输出和高输出电流驱动，非常适合用于电流电压转换器、电流加法器和ADC驱动器。图4所示为AD9279所有8个通道的互连框图。使用放大器ADA4896-2的两级。第一级执行电流电压转换，并对解调过程产生的高频成分进行滤波。第二级用于汇总多个AD9279器件的输出电流，以便提供增益，并驱动18位SAR型ADC AD7982。CW信号路径的折合到输出端噪声取决于LNA增益、第一级求和放大器的选择和RFILT值。要确定折合到输出端噪声，必须知道有源低通滤波器（LPF）的RA、RFILT和CFILT值。

　　单个AD9279的所有8个通道的典型滤波器值为：RA为100 _，RFILT为500 _，CFILT为2.0 nF；此时可实现100 kHz的单极点低通滤波器。通过提高滤波器电阻RFILT，可以提高电流电压转换器的增益。为使转折频率保持不变，滤波器电容CFILT应降低同样的比例。限制增益幅度的因素是输出摆幅，以及电流电压转换器的负载驱动能力（ 本例中用的是ADA4896-2/ADA4897-1/ADA4897-2）。任何放大器的驱动能力都有限只能驱动有限的通道。