【E問E答】高增益、大帶寬…為什么電路還會發(fā)生振蕩？

　　在之前“高增益、高帶寬，如何兩者兼得?”一文中，我們探討了如何在實(shí)現(xiàn)高增益和高帶寬的同時還能保持足夠高的信噪比 (SNR)。這篇文章里我們將更加詳細(xì)地討論實(shí)施方法和可能發(fā)生的問題。

　　由于目標(biāo)增益非常高，首先需要檢查直流 (DC) 工作的情況，以檢驗(yàn)輸出偏移電壓是否處于預(yù)設(shè)范圍以內(nèi)。如果超出增益級和放大器直流參數(shù)、輸入偏置電流和輸入偏移電壓預(yù)設(shè)的范圍，則電路明顯可能存在振蕩。系統(tǒng)振蕩體現(xiàn)為多種形式，如噪聲增大、輸出偏移電壓以及在無負(fù)載情況下靜態(tài)電流增大等，不一而足。

　　如果發(fā)生振蕩、電路為高增益直流耦合且各級工作正常，則耦合每一級的交變電流 (AC) 會將輸出偏移電壓當(dāng)作電位問題掩蓋。現(xiàn)在唯一剩下的問題就是消除不良的寄生特性。

　　在存在正反饋環(huán)路，或當(dāng)系統(tǒng)的相位裕度不足的時候，就會發(fā)生振蕩。由于放大器本身處于穩(wěn)定狀態(tài)且負(fù)載為阻性，唯一可能的原因就是存在正反饋環(huán)路。

　　圖 1 所示的下列電路可通過調(diào)整放大器在低頻率下的噪聲增益來處理較大的 DC 偏移。由此，任何直流分量在輸出端的增益僅為 1-V/V。此外，圖 1 還顯示了電源是通過電源層連接的。圖中給出了每個放大器的本地電源旁路電容器，但為簡化起見省略了全局電源旁路電容器。

　　圖 1：帶電源層的多級放大器原理圖

　　試想，未級正在驅(qū)動一個重負(fù)載，電流將從電源流入負(fù)載。該電流將對電源軌造成擾動。由于多級放大器的電源軌連接在一起，我們將在第一級和第二級察覺到這種擾動。擾動會出現(xiàn)在第一級的輸出，只有第一級的電源抑制比 (PSRR) 可以衰減，然后再由第二級和第三級的信號增益放大。

　　如果擾動頻率的 PSRR 低于第二級和第三級增益的乘積，那么負(fù)載產(chǎn)生的擾動就會被放大。換言之，電源軌上存在正反饋環(huán)路。

　　解決的方法非常簡單，細(xì)致地進(jìn)行電路板的板面布局，讓電源先給未級供電，同時在各級之間插入一個串聯(lián)電感器。在下圖所示的三級放大器中，我們只給每個電源添加了兩個電感器。在圖 2 中，我們只在正電源上實(shí)施這種方法。注意，負(fù)電源可能也需要這樣處理。

　　圖 2：在各級間實(shí)施電源隔離

　　圖 2 所示的范例采用了LMH6629作為第一級，OPA684作為第二級和第三級。

　　采用 +5V 電源即可實(shí)現(xiàn)良好的 5MHz 的平坦頻帶，-3dB 帶寬為 10MHz。對于 10uV信號，在放大率為 100,000V/V 的情況下，得到的 SNR 為大約 12dB。

　　圖 3：每級之后的頻率響應(yīng)