电路描述 - 具有低输入偏置电流和高交流共模抑制性能的高速FET输入仪表放大器

　　电路描述

　　该电路基于传统的三运放仪表放大器拓扑，两个运算放大器用于输入增益级，一个差动放大器用于输出级。该电路增益为5，带宽为35 MHz

　　FET放大器输入增益级

　　ADA4817-2（双通道）FastFET放大器是具有FET输入的单位增益稳定、超高速电压反馈型放大器。这些放大器采用 ADI公司的专有超快速互补双极性（XFCB）工艺制造，工作噪声极低，输入阻抗非常高且速度快，适合要求高速和高源阻抗的应用。

　　ADA4817-2运算放大器配置为共享RG增益电阻。对于差分输入，电路增益为1 + 2RF /RG。采用共模输入时，无电流流过RG增益电阻。因此，该电路在共模输入时用作缓冲器。随后，第二级差动放大器可有效移除共模输入。

　　ADA4817-2的单位增益带宽积fu等于410 MHz。其闭环带宽可通过下式近似计算：

　　f−3 dB = fU/G1

　　其中，G1为第一级的增益。

　　对于该电路而言，由于第一级闭环增益为10，因此−3 dB带宽估算值为41 MHz。该值非常接近35 MHz的测试带宽。

　　PCB板上的寄生电容和容性负载可能会使第一增益级振荡。使用低数值的反馈电阻，并使用反馈电容，可缓解这一问题。

　　本电路选用了200 Ω的反馈电阻。反馈电容CF 为2 pF，具有最佳带宽平坦度。

　　差动放大器和CMR

　　ADA4830-1是高速差动放大器，具有宽共模电压范围，兼具高速和精密特性。它提供0.5 V/V的固定增益，−3 dB带宽为84 MHz。通过片内激光调整电阻，10 MHz时该器件的 CMR典型值为55 dB。

　　CMR是仪表放大器极为重要的规格参数，主要取决于第二级差动放大器使用的4个电阻的比率匹配，如图2所示。

　　

　　图2. 差动放大器

　　通常，最差情况下的CMR由下式给出：

　　

　　其中，Kr是以小数表示的单个电阻容差。上述等式表示最差情况下的CMR为34 dB，其中4个电阻具有相同的标称值 （1%容差）。该电路采用单芯片ADA4830-1差动放大器而非分立式电阻，放大器片内集成激光调整薄膜电阻，因此具有出色的CMR性能并节省PCB空间。直流时CMR是65 dB， 10 MHz时CMR是55 dB。

　　差分和共模电压考虑因素

　　若要最大化输入电压范围并简化电源要求，则电路第一级采用±5 V电源，而第二级采用+5 V。最大差分输入范围由 ADA4817-2的输出摆幅决定。采用±5 V电源时，ADA4817-2 输出摆幅为±3.5 V。因此，允许的最大差分输入为±3.5 V/G1，其中G1表示第一级增益。请注意，需在允许的最大差分输入和第一级闭环增益之间作出权衡。

　　下一步，分析共模电压限制。ADA4817-2输入端的共模电压必须位于−VS 至+VS − 1.8 V之间，即采用±5 V电源时范围为−5 V至+2.2 V。采用±5 V电源时，ADA4817-2的输出摆幅限制为±3.5 V（参考ADA4817-2数据手册）。因此，ADA4817-2 的输出摆幅将电路的负输入共模电压限制为−3.5 V，从而复合电路允许的输入共模范围为−3.5 V至+2.2 V。

　　若要从该电路获得高性能，必须采用良好的布局、接地和去耦技术。有关PCB布局详情，请参考 指南MT-031、 指南MT-101，以及“高速印刷电路板布局实用指南” 一文。另外， ADA4817-2数据手册和ADA4830-1数据手册中还提供了布局指南。