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宽带固定增益放大器THS4302特性及应用
宽带固定增益放大器THS4302特性及应用 关键词：固定增益 放大器 A/D转换器 THS4302 １ 引言 ＴＨＳ４３０２是美国德州仪器公司推出的新型固定增益放大器，它具有 低失真、高斜率、低噪声和超过２ＧＨｚ的增益带宽积。这些特性的结合使得模 拟电路设计人员能够超越当前的性能限制，而以高于先前使用闭环所能达到的速 率来处理模拟信号，从而优化放大器的设计方案。ＴＨＳ４３０２具有２．４ＧＨｚ的带宽及＋５Ｖ／Ｖ的固定增益，其性 能较现有同类器件提高了三倍，从而为高速应用领域提供了高速度、低噪声的模 拟解决方案。
ＴＨＳ４３０２的推出使得无线基站、中继站以及其它基础设备能够提供 更多的通道，从而可在更小空间中提供更高的带宽。由于ＴＨＳ４３０２具有高 速、低失真特性，因而可在数字信号处理 （ＤＳＰ)中驱动宽动态范围的高精度 Ａ／Ｄ（数／模）转换器。ＴＨＳ４３０２在１００ＭＨｚ频率输入时， 可驱 动１００Ω负载，其三阶输出截取点（ＯＩＰ３)可高达＋４６ｄＢｍ，这和以前 的相同固定电压增益的运算放大器相比，具有更佳的线性增益变化及更低的功耗。
ＴＨＳ４３０２还采用了新型的带散热垫（ＰｏｗｅｒＰＡＤ）的ＲＧＴ 封装，其引脚定义如图１所示。各引脚下的功能说明如下：
１～４脚（ＶＳ－）：电源负端；
５～８脚（ＶＯＵＴ）：输出端；
９～１２脚（ＶＳ＋）：电源正端；
１３脚（ＮＣ）：空脚；
１４脚（ＶＩＮ－）：输入负端；
１５脚（ＶＩＮ＋）：输入正端；
１６脚（ＰＤ）：功率下拉端，低电平有效。２ 工作原理 ２．１ 宽带同相工作 ＴＨＳ４３０２是具有功耗下拉功能的固定增益电压反馈运算放大器，可 在３Ｖ～５Ｖ的电源下工作。现以图２为例说明ＴＨ４３０２电路的典型性能。
该电路采用同相放大结构，并采用双电源供电。图２中，ＶＩ端４９．９Ω的并 联电阻用来匹配测试仪器的源阻抗。ＶＯ端的５０Ω电阻用于与测试仪器的５０ Ω负载阻抗相串联以提供１００Ω负载。输出端总的１００Ω负载与总共２５０Ω 的反馈网络负载相结合可在ＴＨＳ４３０２的输出端呈现出７１Ω的有效输出 负载。图中的Ｒｆ、Ｒｇ为ＴＨＳ４３０２的内部反馈电阻和增益设定电阻，其 取值分别为２００Ω和５０Ω。从图２可以看出，为了获得足够宽的频带响应， 电路在正、负电源端均设计了严格的滤波网络。
２．２ 单电源工作 当ＴＨＳ４３０２在单电源下工作时，输入信号和放大器必须具有适当的 偏置以便能获得最大的输出电压摆幅。图３给出了一种有益于放大器单电源工作 的配置方法。
为了获得最大的输出电压摆幅，输入信号和放大器应加Ｖｓ／２的电压。
图中标示的２．５Ｖ偏置电压是在供电电压为５Ｖ时给出的。
另外，通过ＴＨＳ４３０２的功耗下拉引脚 ＰＤ 可以将静态电流从３ ７ｍＡ降至８００μＡ，这对于降低系统功耗是非常有用的。当放大器的功耗下 拉脚（ＰＤ）接到高电平（正电源）时，放大器工作在正常功耗模式。而当功耗 下拉脚（ＰＤ）接负电平时，放大器关断，此时电流降至８００μＡ。
功耗上拉或下拉门限电压与电源电压有关。当加到功耗下拉脚（ＰＤ）的 电压高于使能电压时，器件被激活。而在低于下拉电压时，器件休眠。当所加电 压在两门限电压之间时，放大器的工作状态不确定。
３ 典型应用电路 ３．１ 用ＴＨＳ４３０２驱动Ａ／Ｄ转换器图４所示是用ＴＨＳ４３０２驱动高性能Ａ／Ｄ转换器的实际电路。图中， ＴＨＳ４３０２输出的放大信号经过隔离电阻、ＡＣ耦合电容和低通滤波器后， 再经宽带变压器即可转化为差分信号以驱动Ａ／Ｄ转换器。对于不包含直流信息 的应用，这种驱动ＡＤＣｓ的方法很有用。
ＲＩＳＯ电阻在电路中起隔离作用，对它的精心设计可使电路获得最优的 频率响应。
３．２ 用ＴＨＳ４３０２驱动电容负载 对运算放大器来说，电容负载是一种最苛刻、也是很普通的负载条件。通 常，电容负载为Ａ／Ｄ转换器的输入，包括推荐用来改善Ａ／Ｄ 线性度的外部 附加电容。象ＴＨＳ４３０２这样的高速放大器，在输出端直接放置电容负载时， 其稳定性很容易受到影响。而且，在放大器带有开环输出电阻时，电容负载在信 号路径上引入的附加极性会减少相位余量，因此，在设计时，如果主要考虑频率 响应的平坦度、脉冲响应的真实度、或者失真度，最简单有效的方法是在放大器 输出和电容负载之间插入一个串联隔离电阻ＲＩＳＯ以将反馈回路和电容负载 隔离。
当ＴＨＳ４３０２的寄生电容负载超过２ｐＦ时，其频率响应性能降低。在 实际应用时，长的ＰＣ板路径，非匹配电缆以及多个器件间的连接都很容易出现 等效寄生电容负载超过２ｐＦ的情况。因此，为了获得最优的频率响应，ＲＩＳ Ｏ电阻的取值尤为重要，并应尽可能地将电阻ＲＩＳＯ安装在靠近ＴＨＳ４３０ ２的输出端。图５所示为一组ＴＨＳ４３０２驱动不同电容负载时的频率响应曲 线。
４ 使用建议 ＴＨＳ４３０２具有２．４ＧＨｚ的频带和５倍的电压增益，为了获得最 优的ＡＣ性能，下面给出一些关于电源退耦和版图设计方面的建议。
（１）尽可能地将退耦电容放置在靠近电源输入端，以减小电源到地的电 感。推荐使用与器件电源脚宽度差不多的电源线来连接退耦电容，并用３个或更 多的孔将电容连接到地平面。
（２）将容值小的电容优先放置在最接近器件的位置。（３）固态电源平面的四周到地平面之间要慎用高频退耦电容，以避免Ｐ ＣＢ出现自激。
（４）为了获得超过２ ＧＨｚ的最佳传输特性，建议旁路电容的排列采 用评估板上的排列方式。３０．１Ω电阻与０．１μＦ电容串联可降低并联集总 元件的谐振Ｑ值。其中包括０．１μＦ和４７ｐＦ电容和放大器的电源输入电容。
（５）将信号输入／输出脚到交流地的寄生电容应减到最小。
不管怎样，如果在Ｉ／Ｏ端使用传输线，匹配电阻应尽可能地接近器件。除 非使用了传输线，否则，输出端和同相输入端的寄生电容会与负载和源阻抗一起， 不自觉地对带宽产生限制。为了降低不必要的电容，地平面或电源平面应沿着信 号Ｉ／Ｏ脚的周围断开，以形成一个窗口。
（６）将电源脚到高频０．１μＦ退耦电容器的距离减到最小 ＜０．２ ５” ；
设计的地平面和电源平面不尽远离信号Ｉ／Ｏ脚，以避免使用窄的电源和 地线，达到减小引脚和退耦电容间电感的目的。
（７） 仔细选择和放置外部元件以保护ＴＨＳ４３０２的高频性能。电 阻应选择低电抗类型的。表贴电阻的工作特性较好，可进行高密度设计。此外， 还应保持ＰＣ板上的连线尽可能地短。
（８）与其它宽带元件间应短线直接连接或使用板上传输线。
实际上， ＴＨＳ４３０２内部已经产生有２ｐＦ的寄生负载。因此，随着信号增益的增加， 在没有隔离电阻的情况下，也可以驱动更大的寄生电容负载。也就是说，如果实 际要求的走线较长，那么，也可以采用６ｄＢ固有信号损耗的双端传输线，当然 还可以采用微带设计技术实现阻抗匹配传输线。
（９）像ＴＨＳ４３０２和ＴＨＳ４３０３这样的高速器件，一般不推荐 使用插座。
（１０）应充分利用ＰｏｗｅｒＰＡＤ来获得最佳的温度性能。
