高速设计技术
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1.1 概述

在诸如视频和通信这样的高速模拟信号处理应用中,都要求具有很好特性的高速运算放大器(简称运放),高速运算放大器主要特性包括宽带大、运算时间短、低失真和低噪声、输出电流高、直流特性好、能在低压条件下工作等特点。这些高速运算放大器中广泛采用增益放大、电缆驱动、ADC预放大、电流—电压转换等技术。在当今广为流行的便携式和电池供电通信设备中,能在低功耗条件下获得更高带宽的要求尤为突出。在过去的几年里,高速线性电路的快速成长不仅推动了集成电路处理的发展,而且还促进了电路逻辑的创新。

如图1.1所示,通过供电电流与放大器带宽之间的关系反映了高速处理技术的发展(对于双运放、三运放、四运放,图1.1中的电流指一个放大器所需的电流),ADI公司采用BiFET工艺生产的AD712和OP249(带宽3MHz,供电电流3mA)产品已经达到了1MHz/mA。采用互补双极性工艺(Complementary Bipolar,CB)的产品(AD817、AD847、AD811D等)则达到了10MHz / mA。基于CB工艺的PNP管的Ft指标达700MHz,而NPN管达900MHz。

图1.1 供电电流与运放带宽的关系

ADI公司发明的新一代互补双极性工艺称为高电介质隔离工艺(eXtra Fast Complementary Bipolar,XFCB)。这种工艺(ft指标为2~4GHz的PNPh和NPNJ晶体管)结合电路逻辑的创新,使得运放的性价比水平提升到了一个新的水平,并获得了惊人的低静态电流特性。虽然AD8011运放通过采用两级电流反馈结构,具备了在1mA供电电流条件下,产生300MHz带宽的能力,但是这种工艺最典型的性能指标是100MHz/mA。

为了能够对指定的应用智能化地选择合适的运算放大器,理解各种运放的拓扑结构及它们之间的优缺点是非常必要的。最为广泛使用的两种运算放大器拓扑结构是电压反馈型运放(Voltage Feed Back,VFB)和电流反馈型运放(Current Feed Back,CFB)。接下来将对这两种类型的运放做详细的介绍,并比较它们的相同之处与区别。