德州仪器可编程差分放大器 绝非一般的可变增益放大器 - 全文

　　日前，德州仪器 (TI) 宣布推出全球首款可编程差分放大器 (PDA)LMH6881和LMH6882。这款PDA整合了全差分放大器 (FDA) 与数字可变增益放大器 (DVGA) 的优势，可在 6dB 至 26dB 的增益范围内提供优化的噪声、失真与带宽性能，大大简化了工程师采用差分放大器进行的设计。

　　通过TI高能效模拟和微处理器产品线华南区现场应用支持总监杨毅了解到可编程差分放大器 (PDA)和传统的放大器在基站应用中的本质区别以及给客户带来的优势。

　　杨毅总监現任德州仪器(TI)高效能模拟和微处理器产品线华南区现场应用支持总监。其团队负责TI所有电源，信号链，MCU产品在深圳和华南区的技术支持。

　　杨总监表示：以前的基站基本上都是模拟的，现在数据转换器数字化的程度日益增高，3G通信、4G通信，微波通信，超声等全是数字的，为适应这些应用的要求就需要一个非常好的ADC。这款PDA是用在ADC的前端，由于其设计灵活，可在不同应用中无需为不同增益设置调试设计，其次是无需外部电阻，在降低BOM成本的同时也消除电阻不匹配带来的误差等优势，在实际应用中为客户带来了巨大的优势。

　　大家都知道差分放大器在放大时会有两个输入、两个输出和一个差分，放大器构造中会有一个输入电阻，一个反馈电阻来调整增益，如果客户在系统中间输入一个小信号，就需要将ADC调到满量程，这样ADC才有更好的精度。增益设得最大的一个做法是必须要调整这两个电阻，让增益倍数得到调整。

　　杨毅总监讲道：如果是个小信号，0.1V输入的时候要满量程有可能达到26dB的放大，但是如果输入信号不是0.1V呢?要放大的一个做法是设计中必须要改变增益电阻。这样就带给客户一个问题，这些电阻本身，如果做到非常好的匹配需要千分之一的电阻或者更高，这两个电阻需要非常好地匹配，每次增益调整的时候都需要做人为的重新选择，选择我的电阻值，对客户来讲是非常不方便的。

　　那么我们需要解决哪些问题呢?全差分放大器(FDA)的设计中有许多难题，除了每次更改增益设置都需要成型设计和调试外，总体性能取决于外部电阻的精度，外部电阻会增加成本加大板级空间，带宽可能与增益变化矛盾等问题都是FDA设计中需要考虑与解决的。

　　增益和带宽变化矛盾

　　放大器的带宽增益就是常数，带宽会随着增益变大而变化。差分放大器很多是电流反馈，和回流电路不同，现在3G、4G在无线通信里的带宽显著增加，如果用同样的放大器，信号带宽增加了，那么增益就必须下降，所以就会面临着增益和带宽的矛盾。

　　可变增益放大器

　　在整个射频通路或模拟前端里，在ADC之前有时会需要将小信号通过低噪化放大，然后再进行滤波，再进行声表波的滤波，但是经过上述过程处理可能会出现另外一个问题，杨总监举例：“比如现在有个100M信号的时候，除掉差分放大器的另外一个选择就是数字可变增益放大器，而使用差分放大器是需要去调节电阻来改变增益的，还有一种方式是用数字的方式，但是会面临一个问题，如果随着带宽发生变化，输入信号幅度也会发生变化，就需要调整增益，信号增益变小，使得输入信号变大，那么就需要把放大器噪声增益减小。结果就是噪声系数会显著提升。噪声回评基本是线性的，增益越大，噪声越小，但增益小，噪声显著增加，那么整个系统信噪比会不好。

　　上述总结了全差分放大器(FDA)的设计难题，第一类是传统的全差分放大器通过外围的电阻来调整;第二类是通过数字的方式来调整低位阶的数字可变增益放大器，但是会有增益和噪声系数的曲线，第三类就是可变可编程差分放大器，这也是TI推出的全球首款可编程差分放大器，它具有以下几个特点：

　　1、把电路这两部分集成在一起，它可以编程，通过数字的方式调整我的增益。

　　2、它把增益电阻进行内部的集成，没外围电阻，可数字编程。

　　3、LMH6881 与 LMH6882 中的可编程增益控制可消除对增益设置电阻器的需求以及其相关不匹配误差，从而可提高系统稳健性。

　　绝非一般的可变增益放大器

　　传统的DVGA会随着增益下降噪声系数会显著提升，TI这款PDA可在 6dB 至 26dB 的增益范围内提供优化的噪声、失真与带宽性能，在增益下降6db的情况下，噪声系数却没什么变化，它和传统的低位阶去比差不多赶上10dB的噪声，理论上曲线是平的，噪声系数会更好。

　　对差分放大器来讲，噪声系数取决于外部电阻，它和增益发生相应的变化，增益减小，噪声增加。如图所示：DVGA随着电压增益从最大增益逐dB下降，所以噪声值就会占得特别厉害。而从外部电阻角度来讲PDA是集成的，所以不需要外部电阻。

　　PDA=FDA与DVGA的优势集合

　　对差分放大器来讲，外部需要四个高精度的差分电阻。电阻之间必须非常好地匹配，温度系数、精度都要非常得匹配。DVGA也不需要外部电阻，可以看到这部分带宽，6881和6882在整个增益范围之内6—26dB带宽基本上保持很低。差分放大器增益增大，带宽降低它基本维持带宽增益级的概念。DVGA也基本保持恒定，它是数字的方式，因此，我们这款产品是结合了这两个的优点把它合成在一起。

　　总结：

　　可编程差分放大器(PDA)LMH6881与LMH6882是德州仪器推出的全球首款PDA，它整合了FDA和DVGA的优势，最大程度的满足了客户的需求，简化了工程师快速通过增益修改设计，充分满足医疗、测量测试、军事、无线通信以及微波回程等应用需求。

　　最后杨总监为我们总结了TI这款可编程差分放大器的优势之处

　　1、2.4GHz小信号带宽，带宽非常宽。

　　2、在6dB—26dB增益范围之内，二次谐波失真，这样的线路在整个带宽之内基本都可以保持，这是比较特别的地方。

　　3、准确的增益控制，0.25步进，增益的匹配度、误差大概就是0.2

　　4、不需要外部电阻，成本空间也可以。

　　5、如果要分很多档，有很多增益，用这款芯片不需要重新设计它，非常方便使用。
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