独特的有源多路复用器功能将缓冲器和开关组合到一个解决方案

设计人员经常遇到选择两个（或多个）输入中的一个以传递到下一阶段的问题。虽然大量多路复用器 (mux) 型器件使用改进的阻抗方法来选择将哪个输入传递到单个输出，但新的高速精密运算放大器(op amp) 在内部增加了这种功能。

OPA837单通道运算放大器在反相节点内部包含一个开关，该开关与电源关断功能一起工作。这实现了简单的有源多路复用器操作，如图 1 中的 2x1 示例所示。105MHz OPA837 器件的极低功耗操作几乎不会增加系统功率预算（0.6mA/通道），同时在通道之间和输入通道之间提供几乎完美的隔离。通道外路径。

图 1：使用两个 OPA837 运算放大器的 1、2x1 有源多路复用器的简单增益

在图 1 中，两个放大器显示为一个单位增益缓冲器。它们可以配置为任何增益或衰减设置，但除了输出负载之外，每个放大器还需要为两个通道驱动反馈和增益电阻的并联组合。

电源关断功能在负电源的情况下运行。LM7705 开关电容反相稳压器从 3V 至 5.25V 输入提供固定的 -0.23V 负偏置电源电压，以在输出上提供必要的裕量以运行真正的对地摆幅。OPA837 输入为负轨。低压接地参考逻辑信号及其反相版本将在两个放大器之间切换，一次激活一个。使用先断后合逻辑排序来避免两个输出同时处于活动状态。如果无法先断后合，则在反馈连接内部的输出中使用 100Ω 电阻将两个输出与高转换电流隔离。

将一个通道上的电源禁用电压拉至低于 0.32V 将禁用它，而将另一个通道上的电源禁用电压提高到 +1.27V 以上将启用该通道。LM7705 提供的 -0.23V 负电源已将这些电源禁用电压电平转移到数据表中特定的最小/最大范围以下。

OPA837 中使用的轨到轨输出级在禁用时变为高阻抗。使这个有源多路复用器应用程序工作所缺少的是一个类似的高阻抗，可以查看禁用通道的反相输入引脚。OPA837 单位增益稳定电压反馈运算放大器 (VFA) 率先提供有源开关，用于连接或隔离反相输入上的内部输入级晶体管与外部世界。激活时，此开关处于低阻抗状态并位于反馈环路内，因此对运算放大器的正常运行是透明的。无论启用还是禁用，同相输入都保持非常高的阻抗。

这种有源多路复用器功能的关键测试是对简单的单个放大器情况下的谐波失真进行扫描，然后使用连接到有源级输出的禁用 OPA837 重复该测试。所有以前的放大器都在非活动反相输入中显示出非线性负载与输出电压摆幅 (Vpp)，从而降低了谐波失真性能。图 2 和图 3 分别显示了这种新的有源多路复用器在 2Vpp I/O 和 4Vpp I/O 下提供的透明操作。4Vpp 测试（0V 至 4V 输入）需要 +5.2V 电源以在输入级提供 1.2V 的裕量。

图 2：2Vpp，有和没有连接到输出引脚的非活动级

 

图 3：4Vpp，有和没有连接到输出引脚的非活动级

正如这些测试所示，简单的单放大器测试用例没有降低谐波失真。

您还能如何使用这种新的内部功能？这里有一些想法：

将活动多路复用器应用程序扇形到 2x1 以上。对于 1 的增益，我建议在反馈中使用容性负载隔离电阻器，以限制有源通道输出上容性负载的累积。并联的非活动反相输入电容负载可能会开始降低活动通道的相位裕度。

采用单源信号并通过连接具有不同增益设置的两个或多个 OPA837 级的输出并一次仅选择一个激活来创建一个简单的 n 位数字可变增益放大器 (DVGA)。

图 4 显示了一个简单的 1 位 DVGA，它为共享输入信号的输出提供 1 或 2 的增益。

图 4：OPA837 中输入开关的可选增益应用

当任一路径处于活动状态时，放大器现在需要驱动 4kΩ 反馈负载与图 4 中所示的 2kΩ 负载并联。图 5 显示了图 4 的两条可能的频率响应曲线。当然，更宽的增益步长是可能的通过将一个通道设置为高于 2V/V 的增益。但是，这样做会导致带宽差异越来越大。低于最低级带宽的后滤波器将保持响应形状恒定，因为选择了不同的增益通道。

图 5：OPA837 中增益为 1 和 2 的 1 位 DVGA 小信号响应形状

您可以使用 OPA837 解决简单的多路复用器问题，如果需要，可以在信号路径中增加一些增益。或者，您可以通过使用 OPA837 提供简单的开关增益级来扩展您的动态范围。OPA837 卓越的直流精度和低功耗为这两种应用提供了很好的支持。在E2E™ 高速放大器论坛中了解有关单路复用器设计的更多信息。