02 壓擺率與滿功率帶寬的關(guān)系

雖然在數(shù)據(jù)手冊中可以獲得壓擺率參數(shù),但是在工程師設(shè)計(jì)中最終需要的是大信號(hào)帶寬,即滿功率帶寬(Full Power Bandwidth,FPBW)。它是指放大器在指定閉環(huán)增益與指定負(fù)載的條件下,輸入正弦波時(shí),輸出為指定最大幅度,在此狀態(tài)下增大輸入信號(hào)的頻率直到輸出信號(hào)因?yàn)閴簲[率限制導(dǎo)致失真的頻率點(diǎn)。

滿功率帶寬的計(jì)算過程如下:

輸入信號(hào)是峰峰值為Vpp,頻率為f的正弦波,通過單位增益電路的輸出電壓為式2-75。    

輸出電壓對(duì)時(shí)間求導(dǎo),得到式2-76。

當(dāng)dv/dt 達(dá)到最大時(shí),函數(shù)式為2-77。

式中MAX表示在函數(shù)cos等于1的時(shí)候取得最大值。即在Sin信號(hào) t =0 時(shí)的壓擺率值。此時(shí),對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率就是滿功率帶寬,式2-77變換為式2-78。

由式2-78,調(diào)整為滿功率帶寬的函數(shù)式,如式2-79。

可見,滿功率帶寬由壓擺率和信號(hào)峰峰值決定。當(dāng)壓擺率為常數(shù)時(shí),信號(hào)峰峰值越大,滿功率帶寬越小。如圖2．126,ADA4807的上升壓擺率為225V/μs,當(dāng)輸入信號(hào)峰峰值為2V時(shí),其滿功率帶寬為17．9MHz。當(dāng)信號(hào)峰峰值為4V時(shí),其滿功率帶寬僅為8．95MHz。所以在大信號(hào)作輸入激勵(lì)的ADA4807應(yīng)用電路中,仍然使用增益帶寬積(-3dB帶寬為180MHz)進(jìn)行設(shè)計(jì),必然會(huì)導(dǎo)致電路輸出信號(hào)失真。

 03 壓擺率與滿功率帶寬實(shí)例分析

 去年4月中旬,筆者接觸到一位剛剛成立工作室的工程師,在首款產(chǎn)品研發(fā)中,將AD8065設(shè)計(jì)為電路第二級(jí)的緩沖器,調(diào)試中發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)產(chǎn)生失真。

電路如圖2．136,輸入信號(hào)是幅值為±0．1～±1V ,頻率為10～30MHz的正弦波,工程師反饋在輸入信號(hào)為±1V,信號(hào)頻率超過20MHz時(shí),AD8065的輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生失真。如圖1,工程師對(duì)比過AD8065的-3dB 信號(hào)帶寬為145MHz沒有發(fā)現(xiàn)異議。

圖1 AD8065動(dòng)態(tài)性能參數(shù)

筆者向工程師解釋問題在于±0．1～±1V的信號(hào)屬于大信號(hào)范圍,應(yīng)該使用壓擺率計(jì)算全功率帶寬的方法進(jìn)行評(píng)估。AD8605在±5V供電,輸入信號(hào)峰峰值為2V,滿功率帶寬為:    

該問題如果工程師在方案選型階段使用LTspice進(jìn)行仿真完全可以暴露設(shè)計(jì)漏洞,規(guī)避壓擺率限制問題,高效優(yōu)質(zhì)地完成硬件設(shè)計(jì)工作。如圖2．136,將信號(hào)源V3設(shè)置為正弦波,峰峰值為2V,頻率設(shè)置可變參量f,變化范圍是10～30MHz,以4MHz為步長。

圖2．136 AD8605緩沖電路

AD8065的輸出信號(hào)對(duì)比輸入信號(hào)的仿真結(jié)果,如圖2．137。當(dāng)輸入信號(hào)頻率為10MHz、14MHz時(shí),輸出完全跟隨輸入;當(dāng)信號(hào)頻率為18MHz時(shí),其輸出稍有失真;當(dāng)信號(hào)頻率為22MHz時(shí),其輸出明顯失真;當(dāng)信號(hào)頻率為26MHz、30MHz時(shí),其輸出受壓擺率限制完全失真成為三角波,斜率為壓擺率。