评估跨阻放大器的详细参数

在本文中，我想采用不同的方法并描述在对 OPA857 进行基准测试时遇到的技术挑战，OPA857是一种专用跨阻放大器(TIA)，具有两个内部增益设置，在 +3.3 V 电源上运行，支持至少 100MHz 带宽。

总而言之，使用 OPA857 进行测量的主要挑战包括：

· 跨阻配置

· 低输入电容

· 高输出阻抗

对于 20kW 增益和 1V PP输出电压摆幅，输入电流需要为 50mA PP。由于 OPA857 的输出电压摆幅为 A 类，并且流经跨阻的电流是单极性的，因此需要适当设置输出共模电压。

电流源需要低电容，小于 1.5pF，以保持带宽。输出需要具有高输出阻抗，以控制 OPA857 输出上的负载。由于我们拥有的大多数测试设备都是 50W 输入和输出阻抗，我们如何在不影响 DUT(被测设备)的带宽、压摆率或失真性能的情况下解决这个问题?

这为每种测量类型提供了单独的解决方案。

我们将看到的第一个测量是频率响应，或 S21 参数。为此，我们将使用 HP 8753ES 网络分析仪，即 30kHz 至 6GHz S 参数网络分析仪。输入和输出均为 50W 阻抗和交流耦合。分析仪背面有两个端口，可以控制输入或输出上的直流电压。

用于测量 OPA857 频率响应的两个建议信号链包括：

· 使用高速差分探头。

· 使用高速缓冲器隔离网络分析仪的负载。

请注意，Test_SD 引脚设置为逻辑高电平 (+3.3V) 以使内部电流源正常工作。这意味着出现在 Test_IN 输入上的直流电压将设置出现在 OUT 上的输出电压，并且需要您执行以下程序以确保 OPA857 以最佳方式运行以实现交流响应。

1. 尽量减少交流信号。

2. 在输入端设置直流电压，使输出电压可以在预设的共模电压附近摆动。例如，如果信号摆幅为 500mV PP，则 OUT DC 电压需要设置为 ≤1.4V。如果不是这种情况，输出摆幅将随着 A 类输出级中的电流耗尽而削波。

3. 完成#1 后，不要在输出端留下任何连接。探头引线或电压会给负载增加几个 pF，从而改变频率响应。

4. 将交流幅度设置为所需的峰峰值输出信号摆幅。

相同的方法用于评估脉冲响应或任何时域测量。但请注意，由于 OPA857 内部的电阻容差不优于 ±15%，因此必须逐个校准设置。

上述方法不适用于测量谐波失真，那么如何解决这个新问题呢?

测量谐波失真的传统方法需要：

· 低失真源

· 高动态范围频谱分析仪

通过使用高阶滤波器进一步改善了低失真源。频谱分析仪的动态范围可以通过过滤基波和只测量谐波来提高。

对于 OPA857，我们有两个问题。第一个是源是电压源，输入信号需要电流源。此处不能使用内部电流源，因为它没有足够的线性度。因此，我们必须开发一种低失真电流源来进行测量。第二个问题是频谱分析仪的接口。OPA857 的输出是伪差分，需要驱动轻负载，而频谱分析仪需要单端输入，预计 50W。

电流源具有高输出阻抗。在我们的例子中，电流源也需要具有低输入电容，因此不能使用基于晶体管的电路生成，因为大晶体管也将具有高固有电容，不考虑封装和电路板布局寄生。这限制了使用电压源并使用电阻器将其转换为电流的方法。为了确保 OPA857 的噪声增益接近 1V/V，与跨阻配置相同，源电容最小，电阻大到足以接近此值。

通过在反相引脚上小心插入一个串联电阻，可以最大限度地减小源电容。有关布局，请参阅OPA857 EVM。

在我们的例子中，增益电阻是跨阻增益值的五倍，因此对于 20kΩ，电流源阻抗为 100kΩ。这是一种折衷方案，因为噪声增益是

这表示由于测量中的环路增益损失而降低了约 1.6dB，而跨阻配置中不会出现这种损失。

OPA857 在衰减器配置中运行，因此其输出上的 0.5V PP现在需要来自发生器的 2.5V PP，从而进一步增加了源的非线性度。

查看 OPA857 的输出，我们需要测量标称 500Ω 负载，并在负载降至 5kΩ 时测量放大器的非线性度。因此，OPA857 和频谱分析仪之间的接口也不是纯电阻的，因为在电阻会限制有效带宽之后，输出上的信号和寄生电容会衰减太多。如果在信号链中插入有源元件，其失真必须比预期测量值好 15dB，才能使测量结果降低 0.1dB。这在低频下往往是一个相对容易的要求，但随着频率的增加很快就变得难以管理。这里的解决方案是使用为电信市场开发的 DVGA，因为它提供了足够的增益来补偿信号路径中的衰减，因为这些 DVGA 具有 200Ω 的输入阻抗，并将伪差分信号转换为全差分信号，并且在感兴趣的频率范围内具有足够的线性度。DVGA 输出上的变压器转换放大的全差分信号并将其转换为频谱分析仪预期的单端输入。我们这里也会有一些衰减损耗，以匹配测试设备的 50Ω 输入阻抗。最后，OPA857 输出上的信号链将如图 4 所示。DVGA 输出上的变压器转换放大的全差分信号并将其转换为频谱分析仪预期的单端输入。我们这里也会有一些衰减损耗，以匹配测试设备的 50Ω 输入阻抗。最后，OPA857 输出上的信号链。DVGA 输出上的变压器转换放大的全差分信号并将其转换为频谱分析仪预期的单端输入。我们这里也会有一些衰减损耗，以匹配测试设备的 50Ω 输入阻抗。

PGA870提供具有高线性度的额外增益，可最大限度地减少测量的线性度下降。查看PGA870 数据表，我们看到在高增益 (> +10dB) 下运行，对于 2V PP输出摆幅，第 2次和第 3次谐波失真均大于 90dBc 。这可确保 OPA857 测量的降级小于 0.1dB。