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阻放大器防止信號(hào)下沖的第二種方法

來源:
2025-06-19
類別:基礎(chǔ)知識(shí)
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文章創(chuàng)建人 拍明芯城

1. 有源反饋技術(shù)原理

傳統(tǒng)跨阻放大器采用無源反饋網(wǎng)絡(luò)(如電阻  和電容  并聯(lián)),其帶寬和動(dòng)態(tài)性能受限于反饋網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)()。當(dāng)輸入信號(hào)快速變化時(shí),無源反饋無法及時(shí)調(diào)整,導(dǎo)致信號(hào)下降沿變緩或出現(xiàn)下沖。
有源反饋技術(shù)通過引入有源器件(如晶體管、運(yùn)算放大器等)構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò),可動(dòng)態(tài)調(diào)整反饋特性,從而減小時(shí)間常數(shù)、抑制信號(hào)下沖。

2. 有源反饋技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

  • 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快:有源器件可快速響應(yīng)輸入信號(hào)變化,調(diào)整反饋電流或電壓,避免無源反饋的延遲。

  • 帶寬擴(kuò)展:通過有源器件的增益和頻率補(bǔ)償,可提高跨阻放大器的帶寬,減少高頻信號(hào)失真。

  • 下沖抑制:有源反饋可主動(dòng)補(bǔ)償信號(hào)下降沿的電荷積累,防止輸出電壓低于正常幅度。

3. 典型有源反饋結(jié)構(gòu)

(1) 共源共柵有源反饋跨阻放大器
  • 結(jié)構(gòu):在傳統(tǒng)跨阻放大器基礎(chǔ)上,將反饋電阻  替換為共源共柵晶體管對(duì)(如MOSFET)。

  • 原理:共源共柵結(jié)構(gòu)可提供高輸出阻抗,減小反饋網(wǎng)絡(luò)的寄生電容影響,同時(shí)通過晶體管的跨導(dǎo)()動(dòng)態(tài)調(diào)整反饋電流。

  • 效果:顯著提高帶寬,減小信號(hào)下沖,適用于高速光通信接收機(jī)。

(2) 跨導(dǎo)-電容()有源反饋
  • 結(jié)構(gòu):用跨導(dǎo)放大器()和電容  構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。

  • 原理:跨導(dǎo)放大器將輸入電流轉(zhuǎn)換為電壓,并通過電容  反饋到輸入端。通過調(diào)整  和  的值,可優(yōu)化反饋特性。

  • 效果:可靈活調(diào)整帶寬和穩(wěn)定性,適用于低噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用。

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(3) 運(yùn)算放大器輔助有源反饋
  • 結(jié)構(gòu):在反饋網(wǎng)絡(luò)中引入輔助運(yùn)算放大器,形成閉環(huán)反饋。

  • 原理:輔助運(yùn)放可快速補(bǔ)償主運(yùn)放的非理想特性(如有限帶寬、壓擺率限制),提高整體動(dòng)態(tài)性能。

  • 效果:顯著改善信號(hào)上升沿和下降沿特性,減少下沖和過沖。

4. 有源反饋技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

  • 穩(wěn)定性分析:有源反饋可能引入額外的極點(diǎn)或零點(diǎn),需通過頻率補(bǔ)償(如密勒補(bǔ)償、零極點(diǎn)對(duì)消)確保穩(wěn)定性。

  • 噪聲優(yōu)化:有源器件的噪聲可能影響跨阻放大器的信噪比,需選擇低噪聲器件并優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。

  • 功耗與面積:有源反饋通常會(huì)增加功耗和芯片面積,需在性能和成本之間權(quán)衡。

5. 應(yīng)用案例

  • 高速光通信接收機(jī):在10Gbps及以上速率的光接收機(jī)中,有源反饋跨阻放大器可顯著減小信號(hào)下沖,降低誤碼率。

  • 高精度傳感器信號(hào)處理:在光電二極管、加速度計(jì)等傳感器的信號(hào)調(diào)理電路中,有源反饋可提高信號(hào)的線性度和動(dòng)態(tài)范圍。

6. 總結(jié)

有源反饋技術(shù)通過動(dòng)態(tài)調(diào)整反饋特性,可有效解決傳統(tǒng)跨阻放大器在高速信號(hào)處理中的下沖問題。其核心優(yōu)勢(shì)在于提高帶寬、改善動(dòng)態(tài)響應(yīng),但需注意穩(wěn)定性、噪聲和功耗的優(yōu)化。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的有源反饋結(jié)構(gòu),并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性能。


責(zé)任編輯:Pan

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標(biāo)簽: 阻放大器

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