采用RLC陷波濾波器可降低放大器的頻率響應(yīng)峰值與提高增益平坦度

ADA4817 FastFET? 運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn) 1 GHz 的帶寬，而輸入噪聲僅為 4 nV/√Hz，這使得它成為同類(lèi)產(chǎn)品中速度最快且噪聲最低的放大器。雖然 ADA4817 的單位增益是穩(wěn)定的，但高頻極將其增益帶寬積從 410 MHz（高增益）增加到 1 GHz（單位增益）。不幸的是，該高頻極降低了相位裕度，造成不必要的頻率響應(yīng)峰值和階躍響應(yīng)振鈴。通過(guò)在放大器的同相輸入中添加離散 RLC 陷波濾波器，不僅可以保持高帶寬和輸入阻抗，同時(shí)還能大幅降低峰值、提高增益平坦度和減少過(guò)沖。

RLC 陷波濾波器（如圖 1 所示）利用放大器的輸入特性來(lái)產(chǎn)生所需的結(jié)果。R 和串聯(lián) LC 一起形成的陷波可以調(diào)整形狀，從而補(bǔ)償由放大器和寄生電容產(chǎn)生的峰值。結(jié)果是 1 GHz 帶寬 (?3 dB)、250 MHz 增益平坦度 (0.1 dB) 和峰值小于 1-dB（增益 = 1 時(shí)）。

電阻器、電容器和電感器的選擇是至關(guān)重要的。ADA4817 的輸入阻抗看起來(lái)像是一個(gè)接地的 1.4-pF 電容器。圖 2 顯示了具有放大器輸入阻抗的 RLC 電路。此電路將被深入分析以生成傳遞函數(shù)。

其中 C1 是放大器輸入阻抗，并且 ω = 2πf。圖 3 顯示了使用方程式 2（其中 C1=1.4 pF）時(shí)的幅值響應(yīng)。L 和 C 的值決定傳遞函數(shù)跨越 0 dB 的位置。R 的值決定陷波的深度。

為了補(bǔ)償放大器的峰值，需要添加放大器和濾波器的單獨(dú)頻率響應(yīng)，同時(shí)調(diào)節(jié) R、L 和 C 以實(shí)現(xiàn)最平坦的整體響應(yīng)。為此，可以使用 Excel 或大多數(shù)電路模擬軟件。陷波可以調(diào)整形狀，以減少峰值、提高平坦度和減少過(guò)沖。圖 4 顯示了整體設(shè)計(jì)，其中陷波連接到同相輸入。

或許，F(xiàn)ET 輸入 ADA4817 的最重要特性是其極低的輸入偏置電流。陷波電路不僅保持了這一特性，同時(shí)還保留了放大器的低失真和噪聲性能。圖 5 顯示了具有和不具有陷波濾波器的 ADA4817 的頻率響應(yīng)。請(qǐng)注意，它不僅保持了帶寬，同時(shí)還提高了平坦度并降低了峰值。

圖 6 顯示了具有和不具有 RLC 電路的 ADA4817 的階躍響應(yīng)。此外，同樣的設(shè)計(jì)還可用于調(diào)整其他 FET 輸入放大器的頻率響應(yīng)的形狀。此設(shè)計(jì)保持了 FET 輸入的高輸入阻抗，但可以將接地的 RLC 與放大器結(jié)合使用（并非必須）。

結(jié)論

在 ADA4817 FET 輸入運(yùn)算放大器的前面添加離散 RLC 陷波濾波器可以顯著改善其性能。這種新穎但簡(jiǎn)單的技術(shù)不僅可以降低峰值、提高增益平坦度和減少對(duì)沖，同時(shí)還—保留了初始的 1 GHz 帶寬 (–3 dB)。雖然這種強(qiáng)大且低成本的解決方案增加了三個(gè)新元件，但如果平坦的頻率響應(yīng)、較低的對(duì)沖和增強(qiáng)的性能對(duì)用戶很重要，則這一額外的成本是值得的。