創(chuàng)造性補償使微型放大器能夠驅(qū)動200mW負(fù)載

通過結(jié)合兩個電路的工作原理，可以克服這兩個問題，如圖3所示。多反饋將低頻和高頻反饋路徑分開，增加了足夠的容性負(fù)載隔離，以最大限度地減少輸出級穩(wěn)定性問題。低頻反饋由電橋電壓通過反饋電阻RF驅(qū)動。高頻反饋由放大器輸出通過反饋電容CF驅(qū)動。

該電路的行為也類似于高頻下的混合單位跟隨器。由電容器阻抗決定的高頻噪聲增益等于（CS+ CF）/CF.該噪聲增益允許反饋環(huán)路以足夠低的頻率進(jìn)行交越，其穩(wěn)定性不會因負(fù)載電容而降低。由于低頻噪聲增益是單位的，因此保持了電路的直流精度。

圖3.橋式驅(qū)動器原理圖。

保持直流精度需要仔細(xì)注意信號路由，因為涉及大電流。只需 7 mΩ 即可從 42mA 最大負(fù)載電流產(chǎn)生 300μV 壓降;該誤差與放大器的失調(diào)電壓一樣大。

解決這個問題的一種實用方法是4線開爾文連接，它使用兩個載流連接（通常稱為“力”）來驅(qū)動負(fù)載電流和兩個電壓測量連接（通常稱為“檢測”）。檢測連接必須盡可能靠近負(fù)載，以防止任何負(fù)載電流流入其中。

對于橋式驅(qū)動器電路，檢測連接應(yīng)直接在電橋的頂部和底部進(jìn)行。力線和檢測線之間不應(yīng)共享任何PCB走線或電纜。The GND意義連接應(yīng)路由回電壓源 V在.例如，如果刺激是DAC，則GND意義應(yīng)該連接到參考文獻(xiàn)接地的發(fā)援會。The GND力電橋的連接應(yīng)有其自己的專用走線，一直追溯到電源，因為允許電橋電流流過接地層會產(chǎn)生不希望的壓降。

誤差預(yù)算

該電路的直流誤差預(yù)算（如表1所示）主要由放大器的失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移決定。它假設(shè)操作條件處于最壞情況范圍?？傉`差以舒適的裕量滿足1 mV要求。

表 1.誤差預(yù)算

表中的第三個項是功耗誤差。放大器耗散的功率會增加芯片溫度，這導(dǎo)致失調(diào)電壓偏離無負(fù)載電流時的環(huán)境溫度。最差情況誤差是用最高電源電壓、最高輸出電壓和最小阻性負(fù)載計算得出的，如公式1所示。請注意，放大器兩端的最差情況壓降略微減小了R.ISO電阻器。

直流測量結(jié)果

誤差電壓是輸入電壓之差，V在，和負(fù)載電壓，V外.圖4顯示了原型電路的誤差電壓與負(fù)載電壓的關(guān)系。橋式驅(qū)動器電路中最大的誤差源是失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移。由于放大器的功耗，額外的誤差取決于電橋電壓。電源電壓對功耗的影響可以通過不同的顏色曲線看到。黑色曲線以最小電源電壓（7 V）耗散最小功率（50 mW）。管芯溫升僅為7°C，因此該曲線表示該器件的室溫失調(diào)電壓與共模電壓行為的關(guān)系。

圖4.誤差電壓與輸出電壓的關(guān)系

紅色（10 V）和藍(lán)色（15 V）曲線分別表示最大功耗為175 mW和385 mW的性能。隨著輸出電壓的增加，額外的功耗導(dǎo)致芯片溫度升高25°C至55°C，從而導(dǎo)致失調(diào)電壓漂移。這種額外熱誤差的形狀將是拋物線式的，因為最大功率耗散發(fā)生在V外是 V 的二分之一DD.

電源對失調(diào)電壓的強烈依賴性表明應(yīng)考慮該電路的電源抑制。圖5顯示了在輸出電壓固定時掃描電源電壓時的誤差電壓。黑色曲線表示輕負(fù)載外殼，主要由放大器的電源抑制（PSR）決定。對于該器件，10 μV變化代表118 dB PSR。紅色和藍(lán)色曲線顯示了輸出由于負(fù)載了 350 Ω 和 120 Ω的典型電橋電阻而耗散額外功率時的結(jié)果。紅色和藍(lán)色曲線的有效PSR分別為110 dB和103 dB。

圖5.誤差電壓與電源電壓的關(guān)系

該電路的性能顯然取決于失調(diào)漂移與溫度的關(guān)系。到目前為止，TCV操作系統(tǒng)規(guī)范已用于溫度相關(guān)誤差的所有計算。這一假設(shè)必須合理，因為放大器功耗導(dǎo)致的芯片溫度升高與環(huán)境溫度變化不同。前者會在芯片表面產(chǎn)生較大的熱梯度，這會破壞放大器的敏感平衡。這些梯度可能導(dǎo)致失調(diào)電壓漂移明顯低于數(shù)據(jù)手冊規(guī)格。ADA4661-2經(jīng)過專門設(shè)計，可在不降低失調(diào)漂移性能的情況下消耗大量功耗。

圖6顯示了測得的失調(diào)漂移隨溫度的關(guān)系。在低電源電壓和高電阻負(fù)載（–1.2 μV/°C）的黑色曲線中復(fù)制了指定的性能。紅色曲線顯示了 120 Ω橋荷載的結(jié)果。需要注意的重要一點是曲線的形狀不會改變;它只是通過芯片溫升（6.4°C）向左移動。藍(lán)色曲線顯示電源增加到15 V時的結(jié)果，這是可以測量電路最大功耗的條件。同樣，曲線的形狀不會改變，由于芯片溫度上升55°C而向左移動。內(nèi)部功耗已知（385 mW），因此實際熱阻（θ賈） 的系統(tǒng)可以計算 （143°C/W）?？紤]工作環(huán)境溫度范圍非常重要。最高管芯溫度不應(yīng)超過125°C;這意味著最壞情況下負(fù)載的最高環(huán)境溫度為70°C。

圖6.誤差電壓與環(huán)境溫度的關(guān)系

瞬態(tài)測量結(jié)果

電路的階躍響應(yīng)是評估環(huán)路穩(wěn)定性的簡單方法。圖7顯示了高電阻電橋容性負(fù)載范圍內(nèi)測得的階躍響應(yīng);圖8顯示了低電阻電橋的相同測量結(jié)果。由于反饋網(wǎng)絡(luò)中的極點零雙峰，該電路在階躍響應(yīng)中具有特性過沖。這種雙峰響應(yīng)是基本的，因為電路的反饋因數(shù)從低頻時的單位下降到高頻時的0.13。由于零點的頻率高于極點，因此即使相位裕量足夠，階躍響應(yīng)也總是會過沖。此外，雙峰在電路中具有最長的時間常數(shù)，因此它往往主導(dǎo)建立時間。在高電阻負(fù)載和1 nF容性負(fù)載下，最差情況下的穩(wěn)定性和輸出級振鈴可見。

圖7.卸載的階躍響應(yīng)。

圖8.加載的階躍響應(yīng)。

結(jié)論

本文介紹的負(fù)載驅(qū)動器電路可以對低至120 Ω的阻性負(fù)載施加5 V電壓，總誤差小于1 mV，并穩(wěn)定驅(qū)動高達(dá)10 nF的總電容。該電路滿足其額定性能，同時采用7 V至15 V寬電源供電，功耗近400 mW?；倦娐房赏ㄟ^使用 ±7V 電源為放大器供電來擴(kuò)展以驅(qū)動正負(fù)負(fù)載。所有這些功能都是通過一個微型 3mm × 3mm 放大器和四個無源元件實現(xiàn)的。

審核編輯：郭婷