高性能電流反饋放大器 LT1395/LT1396/LT1397 的深入剖析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，放大器的選擇至關(guān)重要，它直接影響著整個(gè)電路的性能。今天我們要探討的 LT1395/LT1396/LT1397 系列電流反饋放大器，憑借其卓越的性能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

LT1395/LT1396/LT1397 分別為單/雙/四通道 400MHz 電流反饋放大器，擁有 800V/μs 的高轉(zhuǎn)換速率，最大能驅(qū)動(dòng) 80mA 輸出電流。其供電范圍廣泛，從單 4V 到 ±6V 均可正常工作，每通道放大器在 ±5V 供電時(shí)，僅消耗 4.6mA 電源電流。此外，LT1395CS6 還配備了關(guān)斷引腳，關(guān)斷時(shí)幾乎不消耗電源電流，輸出呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)間極短，分別僅需 30ns 和 40ns，非常適合擴(kuò)頻和便攜式設(shè)備應(yīng)用。

關(guān)鍵特性

出色的帶寬與增益平坦度

在 ±5V 供電條件下，當(dāng)增益 (A{V}=1) 時(shí)，帶寬可達(dá) 400MHz；(A{V}=2) 或 -1 時(shí)，帶寬為 350MHz。并且在 (A_{V}=1)、2 和 -1 時(shí)，0.1dB 增益平坦度能達(dá)到 100MHz，這使得它在高頻信號(hào)處理中表現(xiàn)出色。

高轉(zhuǎn)換速率

高達(dá) 800V/μs 的轉(zhuǎn)換速率，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，確保信號(hào)的準(zhǔn)確放大，適用于對(duì)信號(hào)變化速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

寬供電范圍

供電范圍為 ±2V(4V) 至 ±6V(12V)，為工程師在電源設(shè)計(jì)上提供了更大的靈活性，可根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電源。

低功耗與大輸出電流

每通道放大器僅消耗 4.6mA 電源電流，同時(shí)能提供 80mA 的輸出電流，在保證低功耗的同時(shí)，滿足了高負(fù)載驅(qū)動(dòng)的需求。

豐富的封裝形式

不同型號(hào)提供了多種封裝選擇，如 LT1395 有 SO - 8、TSOT23 - 5 和 TSOT23 - 6 封裝；LT1396 有 SO - 8、MSOP 和 3mm × 3mm × 0.75mm DFN - 8 封裝；LT1397 有 SO - 14、SSOP - 16 和 4mm × 3mm × 0.75mm DFN - 14 封裝，方便在不同空間限制的設(shè)計(jì)中使用。

電氣特性詳解

輸入特性

輸入失調(diào)電壓典型值為 1mV，最大 ±12mV；輸入失調(diào)電壓漂移為 15μV/°C。非反相輸入電流和反相輸入電流在規(guī)定溫度范圍內(nèi)有一定的限制，輸入噪聲電壓密度在 f = 1kHz 時(shí)為 4.5nV/√Hz，這些參數(shù)影響著放大器對(duì)微弱信號(hào)的處理能力和精度。

輸出特性

輸出電壓擺幅在不同供電電壓和負(fù)載電阻條件下有明確的數(shù)值，如在 ±5V 供電、(R_{L}=150Ω) 時(shí)，高電平輸出電壓擺幅為 3.4 - 3.6V，低電平為 -3.6 - -3.2V。最大輸出電流可達(dá) 80mA，確保了對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。

增益與帶寬

大信號(hào)電壓增益在 (V{OUT}=±2V)、(R{L}=150Ω) 時(shí)為 50 - 65dB，-3dB 帶寬在不同增益配置下有所不同，如 (A{V}=1) 時(shí)為 400MHz，(A{V}=2) 時(shí)為 350MHz，0.1dB 帶寬在 (A_{V}=1) 時(shí)為 100MHz，這些特性決定了放大器在不同增益下的頻率響應(yīng)。

其他特性

共模抑制比（CMRR）在 (V{CM}=±3.5V) 時(shí)為 42 - 52dB，電源抑制比（PSRR）在 (V{S}=±2V) 至 ±5V 時(shí)為 56 - 70dB，這些參數(shù)體現(xiàn)了放大器對(duì)共模信號(hào)和電源波動(dòng)的抑制能力。

典型應(yīng)用

視頻放大器

其高帶寬和低失真特性，使其非常適合用于視頻信號(hào)的放大和處理，能夠保證視頻信號(hào)的高質(zhì)量傳輸和顯示。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)視頻信號(hào)的頻率和幅度要求，合理選擇反饋電阻和負(fù)載電阻，以確保放大器工作在最佳狀態(tài)。

電纜驅(qū)動(dòng)器

能夠提供足夠的輸出電流和帶寬，有效驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)電纜，減少信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減和失真。在電纜驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中，要考慮電纜的特性阻抗和長(zhǎng)度，選擇合適的放大器增益和輸出電阻，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的匹配和傳輸。

多路復(fù)用放大器

在多路信號(hào)切換和放大系統(tǒng)中，可快速響應(yīng)信號(hào)的切換，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的高效處理。設(shè)計(jì)多路復(fù)用放大器時(shí)，要注意通道之間的隔離和干擾問(wèn)題，合理布局電路和選擇元件。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

反饋電阻選擇

小信號(hào)帶寬由外部反饋電阻和內(nèi)部結(jié)電容決定，與電源電壓、反饋電阻值、閉環(huán)增益和負(fù)載電阻有關(guān)。該系列放大器在 ±5V 供電時(shí)性能最優(yōu)，設(shè)計(jì)時(shí)可參考典型交流性能表中的電阻選擇指南。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的帶寬和增益要求，精確計(jì)算和選擇反饋電阻的值。

反相輸入電容

電流反饋放大器需要從輸出到反相輸入的電阻反饋來(lái)保證穩(wěn)定工作，要盡量減小輸出與反相輸入之間的雜散電容。反相輸入到地的電容會(huì)導(dǎo)致頻率響應(yīng)出現(xiàn)峰值和瞬態(tài)響應(yīng)出現(xiàn)過(guò)沖，在 PCB 布局時(shí)，要注意元件的擺放和布線，減少電容的影響。

容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)

使用合適的反饋電阻時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)多種容性負(fù)載。負(fù)載電容增大或閉環(huán)增益減小時(shí)，反饋電阻值需相應(yīng)增大。也可在輸出端串聯(lián)一個(gè) 5Ω - 35Ω 的小電阻，隔離容性負(fù)載與放大器輸出，但會(huì)使增益與負(fù)載電阻相關(guān)。在處理容性負(fù)載時(shí)，要根據(jù)負(fù)載電容的大小和放大器的特性，選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式。

電源供應(yīng)

可使用單電源或雙電源供電，范圍為 ±2V(4V) 至 ±6V(12V)。使用不等值雙電源時(shí)，失調(diào)電壓和反相輸入偏置電流會(huì)發(fā)生變化，失調(diào)電壓約每伏電源失配變化 2.5mV，反相偏置電流約每伏電源失配變化 10μA。在電源設(shè)計(jì)中，要注意電源的穩(wěn)定性和紋波，盡量減小電源失配的影響。

轉(zhuǎn)換速率

與傳統(tǒng)電壓反饋運(yùn)算放大器不同，電流反饋放大器的轉(zhuǎn)換速率與增益配置有關(guān)。在反相模式和同相增益大于等于 2 時(shí)，整體轉(zhuǎn)換速率取決于輸出級(jí)；同相增益小于 2 時(shí)，受輸入級(jí)限制。該系列放大器輸入轉(zhuǎn)換速率約為 600V/μs，輸出轉(zhuǎn)換速率由反饋電阻和內(nèi)部電容決定，如在增益為 2、反饋和增益電阻為 255Ω、±5V 供電時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換速率典型值為 800V/μs。在設(shè)計(jì)高速信號(hào)處理電路時(shí)，要充分考慮轉(zhuǎn)換速率的影響，確保信號(hào)的準(zhǔn)確放大。

使能/關(guān)斷功能

LT1395CS6 的使能引腳可控制高阻抗、零電源電流模式，采用 CMOS 邏輯控制。使能引腳電壓高于 (V^{+}) 3V 時(shí)，放大器幾乎不消耗電流；正常工作時(shí)，使能引腳電壓應(yīng)至少低于 (V^{+}) 3V；若 (V^{+}) 小于 3V 且放大器一直處于使能狀態(tài)，使能引腳應(yīng)連接到 (V^{-}) 。使能和關(guān)斷時(shí)間在 5V CMOS 邏輯驅(qū)動(dòng)下非?？?，使能約 30ns，關(guān)斷約 40ns。在使用使能/關(guān)斷功能時(shí)，要注意邏輯電平的匹配和控制信號(hào)的穩(wěn)定性。

差分輸入信號(hào)擺幅

為避免輸入晶體管擊穿，差分輸入擺幅需限制在 ±5V。正常工作時(shí)，輸入引腳間的差分電壓較小，一般不會(huì)超出該限制，但在設(shè)計(jì)時(shí)仍需考慮信號(hào)的最大幅度，確保放大器的安全工作。

總結(jié)

LT1395/LT1396/LT1397 系列電流反饋放大器以其高性能、寬供電范圍、豐富的封裝形式和靈活的應(yīng)用特性，為電子工程師在高頻信號(hào)處理、視頻放大、電纜驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分了解其特性和應(yīng)用注意事項(xiàng)，合理選擇參數(shù)和布局電路，以發(fā)揮該系列放大器的最佳性能。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。