采用低成本的高速運算放大器在消費類電子應用中的應用

與典型的時鐘緩沖應用相比，消費類電子應用的工作頻率較低，需求較少，采用低成本的高速運算放大器（~100MHz帶寬）可以提供比傳統的時鐘緩沖器更具吸引力的替代方案。高速放大器比傳統的時鐘緩沖器更便宜，同時也能適應更多種類的設計配置。

對于低成本的時鐘緩沖器而言，ADA4850 （-1/-2）、ADA4851 （-1/-2/-4）、ADA4853 （-1/-2/-3）和AD8061單電源運算放大器都是很好的選擇。這些放大器都具有低電源電壓、低電源電流、支持功耗敏感應用的省電模式，以及軌對軌輸出等特性，可以實現寬動態范圍。

與傳統的時鐘緩沖器相比，運算放大器的一個優點是具有靈活性。運算放大器可以將時鐘脈沖進行緩沖、放大、失調、反向、相加、相減或濾波。它們提供高輸入阻抗、低輸入偏置電流、低電源電流、獨立的省電模式（針對單個封裝中的多個放大器）、低輸出阻抗，以及低傳播延遲。

當在時鐘緩沖應用中使用運算放大器時，設計者必須認識到并遵循一些工作限制。以電壓反饋型放大器的增益帶寬積為例，當放大器電路的閉環增益增加時，它的帶寬會降低，因此較大的增益意味著較小的帶寬。將多個低增益放大器進行級聯以達到較高的帶寬，由此確保信號路徑的總體增益和帶寬。

單電源工作對于便攜式電子設備來說是很重要的。根據定義，單電源運算放大器的輸入共模范圍包括負軌（地），大部分甚至比地還低200mV，但這并不表示輸出電壓的擺幅可以到地以下。典型軌對軌放大器的輸出級采用共發射極配置。因此，輸出電壓和軌電壓的最小差距是Vce（sat），其范圍可以從數十毫伏到數百毫伏，具體取決于輸出負載。

幸運的是，在這些應用中，輸出電壓的擺幅通常不需要總是達到地電壓。但是，當輸入太接近地時（大約100mv～200mv），輸出級可能會達到飽和，導致失真以及較長的恢復時間。在直流耦合系統中，應該確保信號電壓的低點高于200mV，或使用-200mV的負供電電壓，這兩種方法都可以避免輸出級進入飽和狀態。

放大器對裕量也有要求，也就是其電壓的擺幅與正電源電壓之間能夠有多接近，因此還必須留意輸入共模范圍的高端。如果輸入電壓太高，輸出電壓會失真并被截斷。

ADA4850和ADA4851需要2.2V的裕量，AD8061需要1.8V的裕量，而ADA4853僅需要1.2V的裕量。

圖1所示的是一個增益為2的單電源同向運算放大器時鐘緩沖器，圖2所示的是它的瞬態響應。按照配置，AD8061的上限約為33MHz，其2ns的傳輸延遲可與一些專用的時鐘緩沖器相媲美。

圖1. 同向運算放大器時鐘緩沖器

圖2. 33MHz頻率下，增益=＋2的瞬態響應

在某些應用中可以使用交流耦合，它允許使用更高帶寬的放大器以擴展頻率性能。通過將輸入和輸出偏壓至電源電壓的中間值，這些放大器可被用于單電源應用中。

圖3所示的是使用AD8057高速放大器的設計，這款器件具有325MHz帶寬和1150V/μs壓擺率，在此電路設置為單位增益。應當注意的是，通過隔直電容C6后，負載上的電壓與輸入信號Vin上的交流分量相等，且不含直流分量。這個電路的工作頻率范圍接近100MHz。圖4所示的是時鐘響應，可以看到當頻率高達90MHz時仍然可以維持較好的脈沖保真度。