CC BY
16Сверхскоростные монолитные аналоговые микросхемы
компании National Semiconductor
Владимир ДЬЯКОНОВ, д. т. н., профессор
vpdyak@yandex.ru
Мировая микроэлектронная промышленность ныне выпускает огромную номенклатуру монолитных интегральных микросхем. Широчайшее применение нашли интегральные операционные усилители, построенные на основе дифференциальных каскадов. Обычно это низкочастотные микросхемы с полосой частот, редко достигающей десятков МГц. Однако бурное развитие СВЧ и скоростной импульсной техники привело к созданию монолитных аналоговых микросхем сверхвысокого быстродействия — с полосой частот выше 500 МГц. В статье описаны такие аналоговые схемы (в основном операционные усилители) американской компании National Semiconductor. У отдельных микросхем полоса частот достигает единиц ГГц, а скорость изменения выходного напряжения превышает 4000 В/мкс.
Введение
National Semiconductor — одна из крупнейших микроэлектронных компаний мира. Она была основана в 1959 году и прошла путь от производства первых дискретных транзисторов до монолитных аналоговых и цифровых микросхем высокой степени интеграции. National Semiconductor является вторым по объему производства поставщиком полупроводниковых приборов и интегральных схем для военной, автомобильной и аэрокосмической отраслей. И активно сотрудничает с другой крупной корпорацией — Texas Instruments. Продукция компании National Semiconductor представлена на ее интернет-сайте [1] и на русскоязычном сайте группы компаний Symmetron [2].
В статье рассматривается лишь небольшая часть монолитных микросхем, выпускаемых National Semiconductor. Это сверхширокополосные и сверхскоростные аналоговые интегральные микросхемы с рекордными параметрами по полосе пропускания и крутизне изменения выходного напряжения. Они широко применяются в современной радиотехнике, технике связи, а также в импульсной и измерительной технике.
В этой области в последнее время на передовые рубежи вышла американская компания Hittite Microwave — основной разработчик сверхскоростных монолитных микросхем на GaAs, гетеропереходных SiGe транзисторах и других новейших сверхскоростных полупроводниковых приборах [3]. Уступая приборам Hittite Microwave по частотным свойствам, обычные кремниевые микросхемы компании National Semiconductor отно-
сятся к категории устройств массового применения. Это, прежде всего, универсальные операционные усилители с присущими им обширными возможностями. Описанные ниже микросхемы в этом классе устройств обладают рекордными параметрами и умеренной стоимостью.
Сверхширокополосный 1,7-Гц усилитель LMH6702
Микросхема LMH6702 — это сверхширокополосный (с полосой частот 1,7 ГГц при малых сигналах) операционный усилитель с ультрамалыми искажениями. Распайка выводов в миниатюрных корпусах микросхемы дана на рис. 1. Микросхема имеет дифференциальный вход и несимметричный выход.
Основные параметры LMH6702:
• Напряжение питания:
±5 В, максимальное — ±6,75 В.
• Напряжение на выходе: 2 Впп (от пика до пика).
• Сопротивление нагрузки: 100 Ом.
• Полоса частот на уровне спада усиления на -3 дБ и выходном напряжении 0,5 В/1,7 ГГц.
• Приведенный к входу уровень шума: 1,83 нВ/^Гц.
• Время установления: 13,4 нс на уровне 0,1% от установившегося значения.
• Максимальная скорость изменения выходного напряжения: 3100 В/мкс.
• Потребляемый ток: 12,5 мА.
• Максимальный выходной ток: 80 мА.
• Уровень интермодуляционных искажений (на частоте 75 МГц): -67 дБс.
На рис. 2 показаны графики типовой частотной зависимости коэффициента передачи (усиления) и фазы при выходном напряжении 0,5 В и коэффициенте усиления 2. До частоты 1 ГГц амплитудно-частотная характеристика равномерная, с небольшим (примерно 0,8 дБ) подъемом.
Представление о динамических свойствах этого усилителя дают осциллограммы импульсов на выходе (рис. 3) при подаче на вход прямоугольных импульсов при коэффициен-
8-Pin SOIC
-IN-
5-Pin SOIT23
V- —
+IN-
- V+
Рис. 1. Корпуса сверхширокополосного усилителя LMH6702
1
ш
■I о |-1
о.
0 -2
Ь
X 3"
fr^ fr
1
1 -6 I
л
5 -Т г
Кп
\
\
Фаза
Vomt = 0,5 В
Av RF = 2 = 232 Ом V
1 Hill \
10" 101 Частота, Гц
-54 -108 -162 -216
-270 10"
Рис. 2. Частотная зависимость коэффициента передачи и фазы при выходном напряжении 0,5 В и коэффициенте усиления 2 для микросхемы LMH6702
+5 ВО
Av=1+Rf/RG = Vout/V|N
6,8 мкФ
- -5 ВО
Vout
-о
Рис. 5. Типовая схема неинвертирующего усилителя на микросхеме LMH6702
+5 В О
- _ RF _ Vqut
25 0м 0,1 МКФ
6,8 мкФ
0,01 мкФ
6,8 мкФ
-5BÖ
Vout
—О
Выберите RT, чтобы получить требуемое
~ RIN=Rtiirg
Рис. 6. Типовая схема инвертирующего усилителя на микросхеме LMH6702
-1,5
. II II 2 Впп 100 О М
г = +2 у
I
{
4 6 8 10 12 14 Время, не
Рис. 3. Осциллограммы импульсов на выходе микросхемы LMH6702 при коэффициенте усиления, равном —2 и +2
Е- 70
5
(D 60
s
50 40 30
ч
Vs = ±5 В Rl= 100 Ом
Магнитуда
I
200
180
160
140 о л
120 g в
100
ю5
ю6 ю7
Частота, Гц
10е
60 40 20 ю9
ния и спада входного тестирующего импульса. К сожалению, в настоящее время номенклатура генераторов импульсов с временем нарастания и спада, которое заметно меньше 1 нс, очень ограниченна [4].
О возможностях усилителя в линейном режиме обычно судят по его амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристикам при разомкнутой обратной связи. Они представлены на рис. 4 в логарифмическом масштабе.
Усилители такого типа без обратной связи практически не применяются из-за потери устойчивости и резкого снижения полосы усиливаемых частот. Типовые схемы неин-вертирующего и инвертирующего усилителей на основе микросхемы LMH6702 показаны на рис. 5 и 6.
Хотя микросхема LMH6702 предназначена для работы в линейном режиме, она принципиально нелинейна, особенно при большом сигнале, когда наблюдается его ограничение. Мерой нелинейности считается появление высших гармоник при подаче на вход микросхемы синусоидального сигнала. На рис. 7 показаны типовые уровни второй
Рис. 4. ЛАЧХ магнитуды и фазы усилителя LMH6702 с разомкнутой цепью обратной связи
те усиления, равном -2 и +2, и двойном размахе выходного сигнала 2 Впп. Время нарастания и спада импульсов — около 1 нс. Это хороший показатель, но все же это в несколько раз больше теоретического значения 0,35/ (в данном случае / = 1,7 ГГц). Причина этого, скорее всего, — в конечном времени нараста-
-60
-65
-70
-75
о -80 LH
4 -85 О
х -90 -95 -100 -105 -110
Av = +2 Rl = 100 Ом V0 = 2Bnn HD2, S OIC *
/
HD 2, S ОТ 23 /
J у
/ Лтl / \ 4 >c )IC
HD3, зот 23
/
/
10
Частота, МГц
Рис. 7. Уровень гармонических искажений по второй и третьей гармоникам в зависимости от частоты для усилителя на микросхеме LMH6702
и третьей гармоник в зависимости от частоты при двойной амплитуде выходного сигнала 2 Впп. Степень этих искажений зависит и от типа корпуса, в котором размещена микросхема.
Выше приведены лишь основные и наиболее характерные параметры микросхемы LMH6702. Более подробное описание этой микросхемы (Data Sheet) можно найти на сайте National Semiconductor [1]. Микросхема предназначена для работы в качестве флэш A/D драйвера, линейного драйвера, в устройствах радиолокации и телекоммуникации, радиоприемных устройствах, измерительных приборах и т. д.
900-Гц полный дифференциальный усилитель LMH6553
Микросхема LMH6553 — это полный (с дифференциальным входом и выходом) сверхширокополосный и сверхскоростной дифференциальный усилитель с системой ограничения уровней выходного напряжения на заданном уровне и малосигнальной полосой в 900 МГц (и 670 МГц при большом сигнале).
Основные параметры LMH6553:
• Искажения по второй гармонике: -79 дБ THD при 20 МГц.
• Искажения по третьей гармонике: -92 дБ IMD3 при f = 20 МГц.
• Время установления: 10 нс на уровне 0,1% от установившегося значения.
• Время клампирования: 600 пс.
• Погрешность клампирования: 40 мВ.
• Напряжение питания: от 4,5 до 12 В. Основные области применения микросхемы: дифференциальные драйверы скоростных АЦП, видеоустройства, дифференциальные линейные преобразователи несимметричных сигналов в симметричные, драйверы, IF/RF усилители, фильтры, буферы, драйверы различного типа и др. Распайка выводов в корпусах микросхемы типа PSOP и LLP показана на рис. 8.
8-Рт РЭОР
+оит
V™ +оит
8-Рт ИР
1
М, V /
ч_______ ОАР/
+1Ы
V" дмп V-
-оит
Рис. 8. Корпуса микросхемы LMH6553 PSOP и LLP
10 100 1000 10 000 Частота, МГц
Рис. 9. Зависимость нормированного коэффициента передачи микросхемы LMH6553 от частоты при дифференциальном входе
10 100 1000 10 000 Частота, МГц
Рис. 10. Зависимость нормированного коэффициента
передачи микросхемы LMH6553 от частоты
при дифференциальном входе
при разных значениях выходного напряжения
1,5
0,5
|
-0,5
-1
-1,5
0% Уа. пере АМР = грузка 1 В 100% перегрузка Уоамр = 0,5 В
Т < /
I
А, = ±5 В = 2 В/В = 200 Ом Ч
Усм = о в
10
20 30 Время, не
40
50
Рис. 11. Осциллограммы выходного сигнала при разных значениях напряжения ограничения при прямоугольном входном сигнале
Зависимость нормированного коэффициента передачи микросхемы LMH6553 от частоты при дифференциальном входе представлена на рис. 9. На верхних частотах наблюдается очень небольшой (примерно до 0,5 дБ) подъем. При несимметричном входе эта зависимость имеет практически такой же характер.
Полоса частот микросхемы заметно снижается при увеличении двойной амплитуды выходного сигнала (рис. 10).
Осциллограммы выходного сигнала при разных напряжениях ограничения уровня при прямоугольном входном сигнале приведены на рис. 11. Они позволяют судить о времени нарастания и спада выходного сигнала: его значение — около 2 нс.
Аналогичные осциллограммы при треугольном входном сигнале показаны на рис. 12. Такая форма сигнала, получаемая от функциональных генераторов, удобна для оценки качества ограничения выходного сигнала. На рис. 12 видно, что оно достаточно высокое.
Об устойчивости усилителей с обратной связью обычно судят по логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам (ЛАЧХ). Для микросхемы LMH6553 они представлены на рис. 13.
Рис. 12. Осциллограммы выходного сигнала при разных значениях напряжения ограничения выходного сигнала и треугольном входном сигнале
120 110
4 90 (О
5
Р 80 £
I 70
Фаза
= 2,5 В
Магнитуда
со
о в
-45 -90 -135
1 10 100 Частота, МГц
-180 1000
Рис. 13. Частотные характеристики магнитуды и фазы микросхемы LMH6553 с разомкнутой обратной связью
Основные схемы включения микросхемы LMH6553
На примере микросхемы LMH6553 можно рассмотреть основные схемы включения сверхскоростных монолитных интегральных операционных усилителей. На рис. 14 дана типичная схема усилителя с обратной связью и полным (к обоим выходам) включением нагрузки. Нагрузка в этом случае не имеет заземленного конца.
Рис. 14. Основная схема включения микросхемы LMH6553
275 Ом
Рис. 15. 50-омная схема включения с симметричным входом
275 0м
Рис. 16. 50-омная схема включения с несимметричным входом
Rf
Рис. 17. Включение микросхемы LMH6553 на дифференциальный вход АЦП и основные расчетные выражения для параметров схемы
Спецификой сверхскоростных схем обычно является работа с 50-омной нагрузкой, номинал которой совпадает с волновым сопротивлением стандартных коаксиальных кабелей, применяемых в измерительной технике. (В радио- и телевизионной технике используются также кабели с волновым сопротивлением 75 Ом.) Согласование входного и выходного сопротивлений усилителей с волновым сопротивлением кабелей позволяет свести к минимуму частотные искажения и искажения формы усиливаемых импульсов.
274 Ом
Рис. 18. Включение микросхемы LMH6553 на дифференциальный вход сверхскоростного 14-битового АЦП
275 Ом
Рис. 19. Схема для снятия шумовых параметров микросхемы LMH6553
Типовая 50-омная схема включения с симметричным входом показана на рис. 15.
Подобная схема включения при несимметричном входе представлена на рис. 16.
Сверхширокополосные полные дифференциальные усилители часто используются в качестве драйверов для скоростных и сверхскоростных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), обычно имеющих дифференциальный вход. Типичная схема такого рода представлена на рис. 17. На этом рисунке приведены также основные расчетные выражения для вычисления коэффициента усиления и входного сопротивления усилителя.
Подобная схема драйвера для скоростного и высокоточного (разрядность 14 бит) АЦП ADC14C105 со скоростью преобразования 105 Мвыб/с дана на рис. 18. Вход усилителя в этом случае 50-омный и несимметричный, а выход — симметричный дифференциальный с согласующими LC-цепями.
Сверхширокополосные операционные усилители часто применяются в радиоприемных и измерительных устройствах СВЧ-диапазона. В этом случае особое значение имеет измерение шумовых параметров таких усилителей. Типичная схема СВЧ-усилителя с 75-омным входом и трансформаторным выходом показана на рис. 19. Эту схему можно применять и для контроля шумовых параметров СВЧ операционных усилителей.
На рис. 20 показана типовая частотная зависимость шумовых параметров микросхемы LMH6553 в диапазоне коротких волн (до 30 МГц).
Еще одна область применения сверхширокополосных операционных усилителей — драйверы различных устройств. На рис. 21 показано применение микросхемы LMH6553 для работы на витую пару (Twisted Paie) с волновым сопротивлением 100 Ом. Витая пара — это одна из самых дешевых сверхширокополосных линий связи. Она применяется при организации высокоскоростных локальных компьютерных сетей.
100 95 90 85 80 = 75 70 65 60 55 50
SFI 3R(fl Бс)
1 г
А
SN Т R (д[ Fc)
5 10 15 20 25 30 35 40 Частота, МГц
Рис. 20. Частотная зависимость шумовых параметров микросхемы LMH6553
Сверхскоростной усилитель LMH6554 с полосой 2,8 ГГц и крутизной изменения выходного напряжения до 6,2 В/нс
Монолитный операционный усилитель LMH6554 — это сверхширокополосный и сверхскоростной усилитель с полосой частот при малом сигнале 2,8 ГГц. Основные параметры LMH6554:
• Малосигнальная полоса частот: 2,8 ГГц.
• Полоса частот при двойной амплитуде выходного напряжения 2 В/1,8 ГГц.
• Полоса частот на уровне спада АЧХ 0,1 дБ: 830 сГц.
• Уровень третьей гармоники OIP3 при 150 МГц: 46,5 дБм.
• Уровень второй/третьей гармоники HD2/HD3 при 75 МГц: -96/-97 дБс.
• Уровень приведенного к входу шума: 0,9 нВ/^Гц.
• Уровень шумового тока: 11 п А/^Гц.
• Высокая скорость изменения выходного напряжения: до 6200 В/мкс.
• Потребляемая от источника питания мощность: 260 мВт.
• Типичный потребляемый ток: 52 мА.
• Корпус LPT с 14 выводами (рис. 22). Зависимость нормированного коэффициента передачи от частоты при разных значе-
VCM V+
— +FB
ч
о—1 1-Е RG — -IN u-
Rg +IN U-
RFL
----FB zb
Ш [2] ш
0
Га1 ГаП та
NC +OUT -OUT NC
VEN V+
275 0м
50 Ом
100 Ом витая пара
ШЖУ
2 Впп
50 Ом
275 0м
Рис. 21. Применение микросхемы LMH6553 для работы на витую пару
-9
Rf = 200 Ом-
Rf = 250 Ом'
Rf = 300 Ом-
= 0,2 Впг
10 100 1000 Частота, МГц
i
- CL = 6,8 пФ, Rq = 22 Ом -
о -9 X
-10
CL = 2,2 пФ, Rp = 38 Ом
- CL= 18 пФ, Ro= 1' 1м =
— CL = 68 п®, Rq = 5 Ом -
V0D = 200 мВп,
10 100 1000 10 000 Частота, МГц
Рис. 23. Зависимость нормированного коэффициента передачи от частоты при разных значениях сопротивления RF
ниях сопротивления RF показана на рис. 23. Она соответствует малому уровню сигнала.
На рис. 24 представлена зависимость нормированного коэффициента передачи от частоты при разных значениях сопротивления RO и емкости С1. Небольшая емкость нагрузки обычно оказывает корректирующее дей-
Рис. 24. Зависимость нормированного коэффициента передачи от частоты при разных значениях сопротивления RQ и емкости С
ствие, снижая неравномерность АЧХ и устраняя ее подъем в области высоких частот.
Осциллограммы выходных импульсов при амплитуде выходного напряжения 0,5 и 2 В показаны на рис. 25. Видно, что время нарастания и спада импульсов в режиме малого сигнала заметно меньше 1 нс.
в 0,2 0,1 0 -0,1 -0,2 -0,3 С В 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 С
t ■
( \
У \
/ \
1 2345 6789 НС н 1 2345 6789 НС Н
Рис. 22. Корпус LPT с 14 выводами
Рис. 25. Осциллограммы выходных импульсов при амплитуде выходного напряжения: а) 0,5 В; б) 2 В
200 Ом
Пб7 0м 50 Ом М
нш-
200 Ом./
ЧШ— 200 Ом
200 0м
50 Ом
и 100 Ом
50 Ом Однопроводной АС-сдвоенный источник
91 Ом
-СИ-
I' I
Рис. 28. Основная схема включения микросхемы LMH6557
Рис. 29. Применение микросхемы LMH6554 в качестве драйвера для сверхскоростного (1,5 Гвыб/с) 10-битового АЦП
Рис. 26. Частотные характеристики магнитуды и фазы микросхемы LMH6554 с разомкнутой обратной связью
10 100 1000 3000
Частота, МГц
Рис. 27. Частотная зависимость S-параметров микросхемы LMH6554
Главные выходы -01Л"3 к АЦП
+ОиТАих^ вспомогательные -ОиТАихЗ ВЫХОДЬ|
вою СЭ БС1_К
Рис. 30. Функциональная диаграмма микросхемы LMH6518
+1п-
/
Ступенчатый аттенюатор 10 шагов, 2 дБ/шаг от 0 до -20 дБ
+Ои1
-Ои1
50 Ом
Рис. 31. Упрощенная структура микросхемы LMH6518
Частотные характеристики магнитуды и фазы микросхемы LMH6554 с разомкнутой обратной связью приведены на рис. 26. Частотные зависимости S-параметров микросхемы представлены на рис. 27.
Основную схему включения микросхемы LMH6554 можно видеть на рис. 28. Это типовая схема включения операционного усилителя, рекомендуемая изготовителем микросхемы.
Высокое быстродействие этой микросхемы позволяет использовать ее в качестве
драйвера для сверхскоростных АЦП. Пример такого применения представлен на рис. 29.
Усилитель LMH6518 с полосой частот до 900 МГц с цифровым управлением
Микросхема LMH6518 — это операционный усилитель с полосой 900 МГц с цифровым управлением и переменным коэффициентом усиления. Это позволяет строить на ее основе
цифровые осциллографы, цифровые регуляторы уровней сигналов, перестраиваемые фильтры и другие устройства. Функциональная диаграмма микросхемы — на рис. 30.
Более наглядная упрощенная структура микросхемы показана на рис. 31. Видно, что LMH6518 имеет предварительный усилитель с коэффициентом усиления 10 или 30 дБ и управляемый аттенюатор с ослаблением от 0 до -20 дБ с шагом в 2 дБ. Выходной усилитель имеет усиление в 8,86 дБ.
X X =>
1- н
>° Н >° ? ^ о m
GND |~5~ 16~1 Vcmaux
+IN |~6~ 15~| +OUT
-INpT 14~] -OUT
GND [~8~ 13] v™
Ы N N L«|
ю о □ со о со а >
100
Частота, МГц
Рис. 32. Корпус микросхемы LMH6518
Рис. 33. Графики зависимости коэффициента передачи при разных установках коэффициента передачи
Рис. 34. Применение микросхемы LM6518 для построения цифрового осциллографа
Корпус микросхемы и назначение его выводов даны на рис. 32. Корпус имеет 16 выводов.
Графики зависимости коэффициента передачи при разных установках коэффициента передачи показаны на рис. 33. Большое число таких графиков при разных услови-
ях нормировки приведено в документации (Data Sheet) на эту микросхему.
На рис. 34 показано применение микросхемы LMH6518 для построения бюджетного цифрового осциллографа. Осциллограф имеет фиксированный резистивный аттенюатор с делением в 1, 10 и 100 раз, а микро-
Av = 1+Rp/Rc = V0UT/V|
6,8 мкФ
А„ = -(Rf/RG) = Vour/V,N
— -5 ВО
6,8 мкФ
-5Вб ■=■ R,n = Rt"Rg
схема LMH6518 используется для устранения погрешностей коэффициента передачи всего тракта осциллографа.
Микросхема усилителя LMH6703 с крутизной изменения выходного напряжения 4,5 В/нс
Часто к усилителям, применяемым в импульсных устройствах, предъявляют требования обеспечения высокой скорости изменения (крутизны) выходного напряжения. Она измеряется в В/мкс или В/нс. Для линейных цепей крутизна прямо пропорциональна полосе частот. Но реальные усилители — нелинейные устройства, и далеко не всегда наиболее широкополосный усилитель будет обеспечивать и наиболее высокую крутизну выходного напряжения. Она, в частности, сильно зависит от размаха выходного напряжения усилителя и условий его ограничения.
Микросхема LMH6703 — это усилитель с малыми искажениями, малосигнальной полосой частот 1,2 ГГц и высокой скоростью изменения выходного напряжения: не менее 4500 В/мкс (4,5 В/нс). Микросхема имеет функцию отключения (Shutdown). Уровень 2-й и 3-й гармоник (на частоте 20 МГц, корпус SOT23-6): -69/-90 дБс. Уровень шума — 23 н В/^Гц. Потребляемый от источника питания ток — 11 мА, максимальный выходной ток — 90 мА.
Основные схемы применения микросхемы LMH6703 показаны на рис. 35. Там же даны основные расчетные выражения для коэффициента усиления и входного сопротивления. Области применения микросхемы: RGB-видеодрайверы высокого разрешения, проекционные устройства, флэш A/D-драй-веры, радары, устройства связи и т. д.
Частотная зависимость нормированного коэффициента передачи при разных амплитудах выходного сигнала показана на рис. 36. Для этой микросхемы характерно, что спад усиления с ростом частоты слабо зависит от амплитуды выходного напряжения. Это
Av = +10 Rf = 300 Ом
VOUT = 0,5Bnl
1 10 100 Частота, МГц
Рис. 35. Основные схемы включения микросхемы LMH6703
Рис. 36. Частотная зависимость нормированного коэффициента передачи при разных амплитудах выходного сигнала
0,5 0,4 0,3 0,2 m 0,1 1 о m _o i -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 Выход, В
1\
,,,
-5
Время, 2 нс/дел. Время, 2 нс/дел.
Рис. 37. Осциллограммы прямоугольного импульса при амплитуде 0,5 и 4 Впп напряжения на выходе
говорит о том, что микросхема хорошо оптимизирована для работы в импульсном режиме и позволяет получить большую крутизну изменения выходного напряжения.
Осциллограммы, показанные на рис. 37 при двух значениях амплитуды выходного сигнала (от пика до пика), подтверждают сказанное. Время нарастания и спада импульсов не превышает 1 нс. Фронты импульсов имеют практически линейный характер и сопровождаются небольшими выбросами.
Микросхема сверхскоростного буфера LMH6559
Компания National Semiconductor выпускает высокоскоростные буферные микросхемы, в основном в виде дифференциальных усилителей. Но, как известно, максимальным быстродействием обладают все же несимметричные схемы, построенные на основе усилительных каскадов. Микросхемой такого рода является сверхскоростной буфер LMH6559 (рис. 38).
2 1,5 2
1,5 1 0,5 0 | 2 "0,5 m -1 -1,5 -2 -2,5 -V \ I /3 = 10 в _ Liar = 3,3 В = 100 Ом
\l
0,5 m 2 -0,5 ш
\
V
-1,5 -2 ""с N
Uar = 3,3 В *L = 100 Ом" I
1 2 3 4 5 e Время, но 1 2 3 4 5 6 Время, нс
Рис. 39. Положительный и отрицательный перепады выходного напряжения микросхемы LMH6559
Рис. 40. Схема линейного драйвера на основе микросхемы LMH6559
8-Pin SOIC
5-Pin SOT23
Рис. 38. Распайка выводов корпусов
микросхемы LMH6559
Осциллограммы перепадов выходного сигнала этой микросхемы показаны на рис. 39. Длительность перепадов — менее 1 нс. Характерны выбросы от фронтов входного импульса. Их наличие — признак того, что при тестировании использовался генератор входных импульсов с очень малым временем нарастания и спада.
Типичная схема сверхскоростного линейного драйвера на основе микросхемы LMH6559 показана на рис. 40. Драйвер имеет входное сопротивление 50 Ом и рассчитан на работу с 50-омной нагрузкой. Он оптимизирован на получение малых значений времени нарастания и спада импульсов на выходе драйвера.
Микросхема дифференциального сверхскоростного драйвера LMH6555
Некоторые сверхскоростные операционные усилители выпускаются специально как драйверы. К ним относится и микросхема LMH6555 (рис. 41).
АЧХ микросхемы LMH6555 представлена на рис. 42. Она характеризует работу этой микросхемы в режиме малого сигнала.
Осциллограммы импульсов на входе и на выходе микросхемы приведены на рис. 43. Ориентировочное время нарастания и спада достигает 0,5 нс. Это самые малые значения этих параметров для микросхем компании National Semiconductor.
Микросхему LMH6555 можно применять в качестве драйвера для сверхскоростных АЦП, например тех, что используются в цифровых запоминающих осциллографах. Такое применение показано на рис. 44.
16-Pin LLP
16 15 14 13
Нормальный коэффициент передачи, дБ 0№№^N0iliil!]0 ГО 50 0 -50 -100 . -150 8 ш -200 250 | -300 | -350 §■ -400 1 -450 -500 -550
Кг
---- /
\
1 \
>аэ а \
\\
\\
V
\
\
у
\
10 100 1000 Частота, МГц
Рис. 42. АЧХ микросхемы LMH6555
Рис. 41. Функциональная диаграмма LMH6555
На рис. 45 изображен спектр сигнала на выходе АЦП (рис. 44). Уровень шума мал, и спектр довольно равномерный за исключением самого начала и конца, где видны так называемые фундаментальные гармоники.
Заключение
В классе операционных усилителей и дифференциальных драйверов ряд микросхем фирмы National Semiconductor имеет ха-
1 ч (1 Вь D0 м ход В/Д( гл.)
/
1 Т
4 Вход (50 мВ/деп.)
1
01 23456789 10 Время, нс
рактеристики на уровне лучших в отрасли. Компания использует стандартную технологию изготовления кремниевых интегральных микросхем, дополненную многочисленными усовершенствованиями. Это позволило получить высокие параметры микросхем операционных усилителей и дифференциальных драйверов без существенного их удорожания. Микросхемы находят широкое применение в СВЧ-технике, радиотехнике, технике связи и в измерительных приборах. Особо следует выделить применение сверхширокополосных операционных усилителей
Рис. 43. Осциллограммы импульсов на входе и выходе микросхемы LMH6555
в качестве драйверов для сверхскоростных АЦП, светодиодов и высокочастотных мощных полевых транзисторов. ■
Литература
1. www.national.com
2. http://www.symmetron.ru/suppliers/national/
3. www.hittite.com
4. Дьяконов В. П. Современные измерительные генераторы импульсов. М.: ДМК-Пресс, 2011.
10 О -10 -20 -30 -40
о
£ "50 -60 -70 -80 -90 -100 -110
Фундаментальный
шш
О 100 200 300 400 500 600 700 Частота, МГц
Рис. 45. Спектр АЦП с драйвером на основе микросхемы LMH6555
