評估跨阻放大器的詳細(xì)參數(shù)

在本文中，我想采用不同的方法并描述在對 OPA857 進(jìn)行基準(zhǔn)測試時(shí)遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)，OPA857是一種專用跨阻放大器(TIA)，具有兩個(gè)內(nèi)部增益設(shè)置，在 +3.3 V 電源上運(yùn)行，支持至少 100MHz 帶寬。

總而言之，使用 OPA857 進(jìn)行測量的主要挑戰(zhàn)包括：

· 跨阻配置

· 低輸入電容

· 高輸出阻抗

對于 20kW 增益和 1V PP輸出電壓擺幅，輸入電流需要為 50mA PP。由于 OPA857 的輸出電壓擺幅為 A 類，并且流經(jīng)跨阻的電流是單極性的，因此需要適當(dāng)設(shè)置輸出共模電壓。

電流源需要低電容，小于 1.5pF，以保持帶寬。輸出需要具有高輸出阻抗，以控制 OPA857 輸出上的負(fù)載。由于我們擁有的大多數(shù)測試設(shè)備都是 50W 輸入和輸出阻抗，我們?nèi)绾卧诓挥绊?DUT(被測設(shè)備)的帶寬、壓擺率或失真性能的情況下解決這個(gè)問題?

這為每種測量類型提供了單獨(dú)的解決方案。

我們將看到的第一個(gè)測量是頻率響應(yīng)，或 S21 參數(shù)。為此，我們將使用 HP 8753ES 網(wǎng)絡(luò)分析儀，即 30kHz 至 6GHz S 參數(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀。輸入和輸出均為 50W 阻抗和交流耦合。分析儀背面有兩個(gè)端口，可以控制輸入或輸出上的直流電壓。

用于測量 OPA857 頻率響應(yīng)的兩個(gè)建議信號鏈包括：

· 使用高速差分探頭。

· 使用高速緩沖器隔離網(wǎng)絡(luò)分析儀的負(fù)載。

請注意，Test_SD 引腳設(shè)置為邏輯高電平 (+3.3V) 以使內(nèi)部電流源正常工作。這意味著出現(xiàn)在 Test_IN 輸入上的直流電壓將設(shè)置出現(xiàn)在 OUT 上的輸出電壓，并且需要您執(zhí)行以下程序以確保 OPA857 以最佳方式運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)交流響應(yīng)。

1. 盡量減少交流信號。

2. 在輸入端設(shè)置直流電壓，使輸出電壓可以在預(yù)設(shè)的共模電壓附近擺動(dòng)。例如，如果信號擺幅為 500mV PP，則 OUT DC 電壓需要設(shè)置為 ≤1.4V。如果不是這種情況，輸出擺幅將隨著 A 類輸出級中的電流耗盡而削波。

3. 完成#1 后，不要在輸出端留下任何連接。探頭引線或電壓會給負(fù)載增加幾個(gè) pF，從而改變頻率響應(yīng)。

4. 將交流幅度設(shè)置為所需的峰峰值輸出信號擺幅。

相同的方法用于評估脈沖響應(yīng)或任何時(shí)域測量。但請注意，由于 OPA857 內(nèi)部的電阻容差不優(yōu)于 ±15%，因此必須逐個(gè)校準(zhǔn)設(shè)置。

上述方法不適用于測量諧波失真，那么如何解決這個(gè)新問題呢?

測量諧波失真的傳統(tǒng)方法需要：

· 低失真源

· 高動(dòng)態(tài)范圍頻譜分析儀

通過使用高階濾波器進(jìn)一步改善了低失真源。頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍可以通過過濾基波和只測量諧波來提高。

對于 OPA857，我們有兩個(gè)問題。第一個(gè)是源是電壓源，輸入信號需要電流源。此處不能使用內(nèi)部電流源，因?yàn)樗鼪]有足夠的線性度。因此，我們必須開發(fā)一種低失真電流源來進(jìn)行測量。第二個(gè)問題是頻譜分析儀的接口。OPA857 的輸出是偽差分，需要驅(qū)動(dòng)輕負(fù)載，而頻譜分析儀需要單端輸入，預(yù)計(jì) 50W。

電流源具有高輸出阻抗。在我們的例子中，電流源也需要具有低輸入電容，因此不能使用基于晶體管的電路生成，因?yàn)榇缶w管也將具有高固有電容，不考慮封裝和電路板布局寄生。這限制了使用電壓源并使用電阻器將其轉(zhuǎn)換為電流的方法。為了確保 OPA857 的噪聲增益接近 1V/V，與跨阻配置相同，源電容最小，電阻大到足以接近此值。

通過在反相引腳上小心插入一個(gè)串聯(lián)電阻，可以最大限度地減小源電容。有關(guān)布局，請參閱OPA857 EVM。

在我們的例子中，增益電阻是跨阻增益值的五倍，因此對于 20kΩ，電流源阻抗為 100kΩ。這是一種折衷方案，因?yàn)樵肼曉鲆媸?

這表示由于測量中的環(huán)路增益損失而降低了約 1.6dB，而跨阻配置中不會出現(xiàn)這種損失。

OPA857 在衰減器配置中運(yùn)行，因此其輸出上的 0.5V PP現(xiàn)在需要來自發(fā)生器的 2.5V PP，從而進(jìn)一步增加了源的非線性度。

查看 OPA857 的輸出，我們需要測量標(biāo)稱 500Ω 負(fù)載，并在負(fù)載降至 5kΩ 時(shí)測量放大器的非線性度。因此，OPA857 和頻譜分析儀之間的接口也不是純電阻的，因?yàn)樵陔娮钑拗朴行捴?，輸出上的信號和寄生電容會衰減太多。如果在信號鏈中插入有源元件，其失真必須比預(yù)期測量值好 15dB，才能使測量結(jié)果降低 0.1dB。這在低頻下往往是一個(gè)相對容易的要求，但隨著頻率的增加很快就變得難以管理。這里的解決方案是使用為電信市場開發(fā)的 DVGA，因?yàn)樗峁┝俗銐虻脑鲆鎭硌a(bǔ)償信號路徑中的衰減，因?yàn)檫@些 DVGA 具有 200Ω 的輸入阻抗，并將偽差分信號轉(zhuǎn)換為全差分信號，并且在感興趣的頻率范圍內(nèi)具有足夠的線性度。DVGA 輸出上的變壓器轉(zhuǎn)換放大的全差分信號并將其轉(zhuǎn)換為頻譜分析儀預(yù)期的單端輸入。我們這里也會有一些衰減損耗，以匹配測試設(shè)備的 50Ω 輸入阻抗。最后，OPA857 輸出上的信號鏈將如圖 4 所示。DVGA 輸出上的變壓器轉(zhuǎn)換放大的全差分信號并將其轉(zhuǎn)換為頻譜分析儀預(yù)期的單端輸入。我們這里也會有一些衰減損耗，以匹配測試設(shè)備的 50Ω 輸入阻抗。最后，OPA857 輸出上的信號鏈。DVGA 輸出上的變壓器轉(zhuǎn)換放大的全差分信號并將其轉(zhuǎn)換為頻譜分析儀預(yù)期的單端輸入。我們這里也會有一些衰減損耗，以匹配測試設(shè)備的 50Ω 輸入阻抗。

PGA870提供具有高線性度的額外增益，可最大限度地減少測量的線性度下降。查看PGA870 數(shù)據(jù)表，我們看到在高增益 (> +10dB) 下運(yùn)行，對于 2V PP輸出擺幅，第 2次和第 3次諧波失真均大于 90dBc 。這可確保 OPA857 測量的降級小于 0.1dB。