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[導(dǎo)讀]在本文中,我想采用不同的方法并描述在對 OPA857 進(jìn)行基準(zhǔn)測試時遇到的技術(shù)挑戰(zhàn),OPA857是一種專用跨阻放大器(TIA),具有兩個內(nèi)部增益設(shè)置,在 +3.3 V 電源上運行,支持至少 100MHz 帶寬。

在本文中,我想采用不同的方法并描述在對 OPA857 進(jìn)行基準(zhǔn)測試時遇到的技術(shù)挑戰(zhàn),OPA857是一種專用跨阻放大器(TIA),具有兩個內(nèi)部增益設(shè)置,在 +3.3 V 電源上運行,支持至少 100MHz 帶寬。

總而言之,使用 OPA857 進(jìn)行測量的主要挑戰(zhàn)包括:

· 跨阻配置

· 低輸入電容

· 高輸出阻抗

對于 20kW 增益和 1V PP輸出電壓擺幅,輸入電流需要為 50mA PP。由于 OPA857 的輸出電壓擺幅為 A 類,并且流經(jīng)跨阻的電流是單極性的,因此需要適當(dāng)設(shè)置輸出共模電壓。

電流源需要低電容,小于 1.5pF,以保持帶寬。輸出需要具有高輸出阻抗,以控制 OPA857 輸出上的負(fù)載。由于我們擁有的大多數(shù)測試設(shè)備都是 50W 輸入和輸出阻抗,我們?nèi)绾卧诓挥绊?DUT(被測設(shè)備)的帶寬、壓擺率或失真性能的情況下解決這個問題?

這為每種測量類型提供了單獨的解決方案。

我們將看到的第一個測量是頻率響應(yīng),或 S21 參數(shù)。為此,我們將使用 HP 8753ES 網(wǎng)絡(luò)分析儀,即 30kHz 至 6GHz S 參數(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀。輸入和輸出均為 50W 阻抗和交流耦合。分析儀背面有兩個端口,可以控制輸入或輸出上的直流電壓。

用于測量 OPA857 頻率響應(yīng)的兩個建議信號鏈包括:

· 使用高速差分探頭。

· 使用高速緩沖器隔離網(wǎng)絡(luò)分析儀的負(fù)載。

請注意,Test_SD 引腳設(shè)置為邏輯高電平 (+3.3V) 以使內(nèi)部電流源正常工作。這意味著出現(xiàn)在 Test_IN 輸入上的直流電壓將設(shè)置出現(xiàn)在 OUT 上的輸出電壓,并且需要您執(zhí)行以下程序以確保 OPA857 以最佳方式運行以實現(xiàn)交流響應(yīng)。

1. 盡量減少交流信號。

2. 在輸入端設(shè)置直流電壓,使輸出電壓可以在預(yù)設(shè)的共模電壓附近擺動。例如,如果信號擺幅為 500mV PP,則 OUT DC 電壓需要設(shè)置為 ≤1.4V。如果不是這種情況,輸出擺幅將隨著 A 類輸出級中的電流耗盡而削波。

3. 完成#1 后,不要在輸出端留下任何連接。探頭引線或電壓會給負(fù)載增加幾個 pF,從而改變頻率響應(yīng)。

4. 將交流幅度設(shè)置為所需的峰峰值輸出信號擺幅。

相同的方法用于評估脈沖響應(yīng)或任何時域測量。但請注意,由于 OPA857 內(nèi)部的電阻容差不優(yōu)于 ±15%,因此必須逐個校準(zhǔn)設(shè)置。

上述方法不適用于測量諧波失真,那么如何解決這個新問題呢?

測量諧波失真的傳統(tǒng)方法需要:

· 低失真源

· 高動態(tài)范圍頻譜分析儀

通過使用高階濾波器進(jìn)一步改善了低失真源。頻譜分析儀的動態(tài)范圍可以通過過濾基波和只測量諧波來提高。

對于 OPA857,我們有兩個問題。第一個是源是電壓源,輸入信號需要電流源。此處不能使用內(nèi)部電流源,因為它沒有足夠的線性度。因此,我們必須開發(fā)一種低失真電流源來進(jìn)行測量。第二個問題是頻譜分析儀的接口。OPA857 的輸出是偽差分,需要驅(qū)動輕負(fù)載,而頻譜分析儀需要單端輸入,預(yù)計 50W。

電流源具有高輸出阻抗。在我們的例子中,電流源也需要具有低輸入電容,因此不能使用基于晶體管的電路生成,因為大晶體管也將具有高固有電容,不考慮封裝和電路板布局寄生。這限制了使用電壓源并使用電阻器將其轉(zhuǎn)換為電流的方法。為了確保 OPA857 的噪聲增益接近 1V/V,與跨阻配置相同,源電容最小,電阻大到足以接近此值。

通過在反相引腳上小心插入一個串聯(lián)電阻,可以最大限度地減小源電容。有關(guān)布局,請參閱OPA857 EVM。

在我們的例子中,增益電阻是跨阻增益值的五倍,因此對于 20kΩ,電流源阻抗為 100kΩ。這是一種折衷方案,因為噪聲增益是

這表示由于測量中的環(huán)路增益損失而降低了約 1.6dB,而跨阻配置中不會出現(xiàn)這種損失。

OPA857 在衰減器配置中運行,因此其輸出上的 0.5V PP現(xiàn)在需要來自發(fā)生器的 2.5V PP,從而進(jìn)一步增加了源的非線性度。

查看 OPA857 的輸出,我們需要測量標(biāo)稱 500Ω 負(fù)載,并在負(fù)載降至 5kΩ 時測量放大器的非線性度。因此,OPA857 和頻譜分析儀之間的接口也不是純電阻的,因為在電阻會限制有效帶寬之后,輸出上的信號和寄生電容會衰減太多。如果在信號鏈中插入有源元件,其失真必須比預(yù)期測量值好 15dB,才能使測量結(jié)果降低 0.1dB。這在低頻下往往是一個相對容易的要求,但隨著頻率的增加很快就變得難以管理。這里的解決方案是使用為電信市場開發(fā)的 DVGA,因為它提供了足夠的增益來補償信號路徑中的衰減,因為這些 DVGA 具有 200Ω 的輸入阻抗,并將偽差分信號轉(zhuǎn)換為全差分信號,并且在感興趣的頻率范圍內(nèi)具有足夠的線性度。DVGA 輸出上的變壓器轉(zhuǎn)換放大的全差分信號并將其轉(zhuǎn)換為頻譜分析儀預(yù)期的單端輸入。我們這里也會有一些衰減損耗,以匹配測試設(shè)備的 50Ω 輸入阻抗。最后,OPA857 輸出上的信號鏈將如圖 4 所示。DVGA 輸出上的變壓器轉(zhuǎn)換放大的全差分信號并將其轉(zhuǎn)換為頻譜分析儀預(yù)期的單端輸入。我們這里也會有一些衰減損耗,以匹配測試設(shè)備的 50Ω 輸入阻抗。最后,OPA857 輸出上的信號鏈。DVGA 輸出上的變壓器轉(zhuǎn)換放大的全差分信號并將其轉(zhuǎn)換為頻譜分析儀預(yù)期的單端輸入。我們這里也會有一些衰減損耗,以匹配測試設(shè)備的 50Ω 輸入阻抗。

PGA870提供具有高線性度的額外增益,可最大限度地減少測量的線性度下降。查看PGA870 數(shù)據(jù)表,我們看到在高增益 (> +10dB) 下運行,對于 2V PP輸出擺幅,第 2次和第 3次諧波失真均大于 90dBc 。這可確保 OPA857 測量的降級小于 0.1dB。


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