[问答]

低噪声放大器AD8099应用经验总结

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 最近在用ADI的一款高速电压反馈型运放AD8099做一款中心频率50MHZ、信号带宽1MHz的低噪放。原本觉得轻而易举就能搞定的事情，却并没有想象的那么一帆风顺，遇到了很多意想不到的问题，特此记下，算是一个简单的经验总结。首先对AD8099作一下简单的介绍： AD8099是一款超低噪声（0.95nV）和超低失真（-92dBc@1MHz）的电压反馈运算放大器，这两种特性相结合使其非常适合用于16位和18位系统。AD8099具备一个高线性度、低噪声输入级，可以在低增益下通过高转换速率来增加全功率带宽。 AD8099具备外部补偿，从而允许用户设置增益带宽积。外部补偿可实现+2至+10的增益，并且频宽折中最小。它还具备的极高压摆率，从而可以灵活地使用整个动态范围，而不影响带宽或产生失真。稳定时间为18nS（稳定度0.1%），过载恢复时间为50nS. AD8099可在电源电流仅为15mA的情况下驱动负载。AD8099的电源电压范围为5V至12V，失调电压为（典型值），带宽为（增益为+2时），增益带宽积（GBWP）为，适合于各种应用。 AD8099有两种封装：SOIC8，以及专门针对高性能和高速放大器而优化的新型引脚分布的LFCSP封装。接下来详细的讲述一下调试的整个过程：在最开始设计电路的时候，我再Multisim12里面进行了仿真，随便选择了两个设置增益的电阻，原理图如下所示：仿真结果如下图：从图上可知，结果很好，并没有出现任何异常。波特图也很好，于是我按照仿真的电路搭建了实际的电路。我想先测一下运放的失调电压，于是将输入端接地，然后用万用表测量了一下输出，结果万用表显示3.7V左右。为什么会有这么大的直流失调呢？任何一个运放的失调也不会有这么大啊，况且我设置的增益仅仅只有6.6倍。应该是振荡了！运放的输出锁定到了它的一个最大输出电压轨！按照经验，我又在反馈电阻上面并联了一个30pF的电容，希望通过这种方式补偿，从而消除振荡。可是，结果并没有按照预期的出现，还是继续振荡！也许是哪里的电容导致的相移使运放振荡的吧？于是又把所有不相干的电容全部拆除了。结果还是一样，振荡！时间已经很晚了，心情很郁闷，因为之前调试的一个AD797也出现了这样的状况，调试了好久都没有正常。以前做过很多运放以及相关的东西，但是都没有出现过这种状况，难道是因为AD8099比较特殊吗？的确比较特殊，它的带宽和压摆率是其他一些电压反馈型运放完全无法企及的。这种高速运放通常比其他类型的运放更加敏感，因为为了能够使运放有足够的带宽和速度，设计者并没有像一般的运放那样在运放内部做足补偿，而是需要通过外部的阻容网络根据设计需要进行外部补偿，因此它对外界的条件也就更加敏感。或许，我该好好读一下数据手册了。于是专门把数据手册打印了出来（还好学校晚上11点的时候打印店还都开着），想认认真真的看一遍，是不是有自己忽略了的有用信息。果然，当初看手册的时候太随意了，好多细节都没有注意到。手册中有一段话讲到，当运放的增益高于15的时候，可以不需要进行外部补偿。所以，决定从电路结构最简单的情况入手，于是选择了200K和9.1K作为增益设置电阻，并且在反馈电阻上并联了30pF的电容，于是兴冲冲的去测试。依然振荡！不应该啊，增益不都超过20倍了吗，不需要补偿啊，于是试探性的加了一些补偿，还是振荡！又看了看数据手册，发现了一些新线索：数据手册推荐的反馈电阻的阻值范围未到，于是选择了499欧姆和16欧姆的电阻来设置增益，大约为32.2倍。再次测试！用安捷伦六位半的数字万用表34410A测量运放的输出端，哎呀，失调只有约60uV！比数据手册中的典型值还小的多！真是令人兴奋的数据！于是想进一步测试一下交流性能，便输入了50mV频率1K的正弦波，用示波器看了看，基本符合要求。大致看了下其他频率下的输出，也还不错。终于可以往自己需要的增益上推进啦！于是将电路按照下图的参数进行了配置，首先测试了直流失调，很正常的60uV。可是当连接到频谱仪上测试时，却发现存在大量的谐波以及似曾相识的300MHZ及其谐波…… 哪儿的问题呢？想了一整夜，都失眠了…… 又看了看参考电路：对比发现，当增益为+5时，在同相输入端串联了的电阻。为什么要在这儿串联电阻呢？手册中看到了这段话：原来如此，增益较低时，如果不添加这个电阻就会导致不稳定。可惜当初设计PCB的时候并没有考虑到这个问题，只好改造PCB了。找了一个刀片，切断了同相端的导线，强行焊接了一个的电阻。改造后的电路如下图所示：终于没有振荡了！再次用频谱仪测试输入为50MHZ正弦波时候的频谱，如图所示：很好的结果，只是存在一些谐波，难道这些谐波是由于运放本身非线性引入的吗？看着谐波相对于信号本身已经小了接近50dBm，也就可以忽略了，于是也没有深究。与此同时，还对放大器的噪声性能进行了测试，结果如下：由图可以看出，噪声基本保持在-90dBc/Hz以下。该级放大器的后级还有一级中心频率为50MHZ的带通有源滤波器，增益为+5，采用Sallen-Key结构。仅仅在前面一级放大器上就花了很久的时间，折腾的死去活来，所以当把这一级滤波器加上的时候，内心有点忐忑，希望不要出什么差错。可是，当把仪器都连接好的时候，却发现什么信号都没有……为什么呢？？？（为什么这么不顺利呢！！！还是继续找问题吧！）检查了一下连接，最后发现竟然是SMA连接器没有选对，公口与母口的内芯都选成空心的了……太粗心大意了！又挑了合适的连接器后，进行了测试，哈哈，很好很正常~终于可以把电路装到霸气侧漏的屏蔽盒里面了~ 先上一张调试电路板的图：迫不及待的把上图中的那些飞舞的导线都拆下来，然后就装到屏蔽盒里了，装好后，如下图：又检查了一下电源等关键部分是否与屏蔽盒有连接。一切正常后就开始进行测试了。可是，可是，又振荡了！！！为什么呢？刚刚还好好地啊，怎么装到屏蔽盒里就振荡了呢？继续检查！测第一级输出，正常！哎呀！原来第一级与第二级连接处的电阻没有连接牢固，有一端是悬空的！是拆掉这两级之间的那个SMA连接线时候留下的缺口！赶紧焊上，再测！哈哈，一切正常！与之前的测试结果没有太大差别，很好的指标。只是依然存在谐波，于是想，是不是信号源本身就存在谐波呢？还是测试一下，用事实说话！于是便对信号源的频谱进行了测试（主要测试了2次谐波），同时测量了信号源本身的噪声。结果如下：以上两张图分别是信号源的频谱和经放大器放大后的频谱，通过对比可以发现，经放大器放大后2次谐波的功率增大了约31dBm，恰好与放大器的增益差不多相等。因此，可以断定，这些谐波是信号源本身就存在的，而不是放大器的非线性导致的。以上两张图分别是信号源和经放大器放大后的信号的噪声，经对比可以发现，噪声性能非常好。总结经过这次电路调试，对放大器有了进一步的认识，特别是这类高速运算放大器，它与普通的放大器相比，在设计上应该更加谨慎和小心。缘于这类放大器为了实现优异的带宽特性和保真度而作了许多优化，同时为了达到全带宽都具有良好特性，而并未在放大器内部进行完全的补偿，把补偿的任务交到了设计者的手中，以便达到最优的性能。另一个比较深刻的认识就是耐心和细心。当调试遇到困难的时候，必须要有足够的耐心和毅力坚持下去，认真排查问题，发现导致问题的原因，找出解决问题的方法。通过上面所记录的问题可以发现，最根本的问题并不是这个电路有多难调整，而是自己有多粗心。一开始就没有认认真真的研读数据手册，没能记住关键信息，才导致了调试过程这么艰辛。所以，做事不能急躁，一定要在一切因素都考虑周到之后再下手，这样才能减少后续工作的难度，提升工作效率。虽然过程艰辛，但是收获也颇丰，特此记下，引以为戒！（注：文中频谱图中的时间有误，皆应该把时间提前一个月。） 0
2018-8-23 10:35:20　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × cong29898 该类别下有 74 个回答。邀请回答 bwerwer 该类别下有 68 个回答。邀请回答尼克wo 该类别下有 46 个回答。邀请回答崇明土匪该类别下有 45 个回答。邀请回答脑洞大赛7 该类别下有 40 个回答。邀请回答 xieweibin 该类别下有 40 个回答。邀请回答 yfdsfqdqd 该类别下有 38 个回答。邀请回答 wjwierw 该类别下有 38 个回答。邀请回答 Arttronix 该类别下有 32 个回答。邀请回答 bgvywerq 该类别下有 25 个回答，其中被选为最佳答案 1 次。邀请回答 easonl 该类别下有 24 个回答。邀请回答 evpt 该类别下有 24 个回答。邀请回答 wyerwwr 该类别下有 24 个回答。邀请回答 60user167 该类别下有 22 个回答。邀请回答脑洞大赛20 该类别下有 22 个回答。邀请回答 keven杨该类别下有 21 个回答。邀请回答 HTJD 该类别下有 20 个回答。邀请回答 h1654155957.9852 该类别下有 19 个回答。邀请回答胡bbs2 该类别下有 19 个回答。邀请回答 xiaokanchenfu 该类别下有 19 个回答。邀请回答举报刘梅相关推荐 • 怎样设计和仿真低噪声放大器?有什么流程？ 2037 • 如何利用ATF54143设计低噪声放大器？ 1876 • 如何正确选择低噪声放大器？ 1293 • 请问怎样去设计一种低噪声放大器？ 1737 • 关于低噪声放大器的重要影响因素介绍 4633 • 基于反馈技术的宽带低噪声放大器的设计 1721 • 如何利用ADS仿真器设计低噪声放大器？ 1915 • 怎么设计低噪声放大器？ 3264 • 求一种2.4 G的低噪声放大器的设计方案 1308 • 请问怎样去设计一种全集成的低噪声放大器？ 935 1个回答