陷波濾波器能有效降低放大器峰值並提高增益平坦度
發布時間：2019-12-10 來源：Charly El-Khoury 責任編輯：wenwei
【導讀】ADA4817 FastFET™ 運算放大器可以實現 1 GHz 的帶寬，而輸入噪聲僅為 4 nV/√Hz，這使得它成為同類產品中速度最快且噪聲最低的放大器。雖然 ADA4817 的單位增益是穩定的，但高頻極將其增益帶寬積從 410 MHz（高增益）增加到 1 GHz（單位增益）。不幸的是，該高頻極降低了相位裕度，造成不必要的頻率響應峰值和階躍響應振鈴。通過在放大器的同相輸入中添加離散 RLC 陷波濾波器，不僅可以保持高帶寬和輸入阻抗，同時還能大幅降低峰值、提高增益平坦度和減少過衝。
RLC 陷波濾波器（如圖 1 所示）利用放大器的輸入特性來產生所需的結果。R 和串聯 LC 一起形成的陷波可以調整形狀，從而補償由放大器和寄生電容產生的峰值。結果是 1 GHz 帶寬 (−3 dB)、250 MHz 增益平坦度 (0.1 dB) 和峰值小於 1-dB（增益 = 1 時）。
圖 1. RLC 陷波濾波器。
電阻器、電容器和電感器的選擇是至關重要的。ADA4817 的輸入阻抗看起來像是一個接地的 1.4-pF 電容器。圖 2 顯示了具有放大器輸入阻抗的 RLC 電路。此電路將被深入分析以生成傳遞函數 方程式 0
圖 2. 陷波濾波器和放大器輸入阻抗。
其中 C1 是放大器輸入阻抗，並且 ω = 2πf。圖 3 顯示了使用方程式 2（其中 C1=1.4 pF）時的幅值響應。L 和 C 的值決定傳遞函數跨越 0 dB 的位置。R 的值決定陷波的深度。
圖 3. 多種不同的 RLC 陷波。
為了補償放大器的峰值，需要添加放大器和濾波器的單獨頻率響應，同時調節 R、L 和 C 以實現最平坦的整體響應。為此，可以使用 Excel 或大多數電路模擬軟件。陷波可以調整形狀，以減少峰值、提高平坦度和減少過衝。圖 4 顯示了整體設計，其中陷波連接到同相輸入。
圖 4. 整體電路。
或許，FET 輸入 ADA4817 的最重要特性是其極低的輸入偏置電流。陷波電路不僅保持了這一特性，同時還保留了放大器的低失真和噪聲性能。圖 5 顯示了具有和不具有陷波濾波器的 ADA4817 的頻率響應。請注意，它不僅保持了帶寬，同時還提高了平坦度並降低了峰值。
圖 5. 具有和不具有 RLC。
圖 6 顯示了具有和不具有 RLC 電路的 ADA4817 的階躍響應。此外，同樣的設計還可用於調整其他 FET 輸入放大器的頻率響應的形狀。此設計保持了 FET 輸入的高輸入阻抗，但可以將接地的 RLC 與放大器結合使用（並非必須）。
圖 6. 具有和不具有 RLC 時的脈衝響應。
結論
在 ADA4817 FET 輸入運算放大器的前麵添加離散 RLC 陷波濾波器可以顯著改善其性能。這種新穎但簡單的技術不僅可以降低峰值、提高增益平坦度和減少對衝，同時還—保留了初始的 1 GHz 帶寬 (–3 dB)。雖然這種強大且低成本的解決方案增加了三個新元件，但如果平坦的頻率響應、較低的對衝和增強的性能對用戶很重要，則這一額外的成本是值得的。
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