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LMH6703: 单电源供电Tina仿真

Part Number:LMH6703

您好!

设计目的是:用LMH6703,单5V供电,输入125MHz方波,1V,想要得到反相输出0.667V,

按照下图设计后,仿真没有输出,

请问该如何设计?

多谢!

Kailyn Chen:

您好,首先LM6703的供电电压范围为+-4V~+-6V。即单电源供电为8V~12V,所以5V单电源供电是不允许的。

其次,0~1V输入,要求反相输出0.667V,那反相后为-0.667V~0V对吗?那就需要双电源供电。

我用TINA简单仿真了下,反相输入,Gain=-Vf/Vg. 增益为0.667. 输出为-0.667V~0V的范围,不知是否满足您的要求。

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Jasmine Ma:

谢谢您的回复!

反相输出是0~0.667V,如果改为12V单电源供电,可以实现这样的功能吗?

BR

Jasmine

,

Kailyn Chen:

您好,反相输入的话增益需要小于0,是无法实现的。

同相输入的话,我们有个FAQ关于实现电压截取的应用,将输入输出电压范围,参考电压,输入共模电压输入进去,会自动计算Rf,Rg的值,应用非常方便,针对的也是单端应用,可以看下Gain=0.67的也是Fail的情况。

这个表格的应用可以参考下面这个关于voltage scaling的FAQ,讲解的非常详细:

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/942778/faq-voltage-scaling-for-almost-any-application-single-ended/3482716#3482716

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Jasmine Ma:

非常感谢!

下面是我用双电源供电得到的反相输出0~0.67的波形,麻烦您看看有没有问题?

是只有这款运放无法做到单电源反相Gain<1还是理论上所有的运放都无法做到?

我看有篇文章里说gain<1用传统的方式会不稳定,是指单电源这样连接不稳定,还是双电源也不稳定?

BR

Jasmine

,

Jasmine Ma:

单电源供电,如果不反相,同相输出0.67是可以吗?

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Kailyn Chen:

您好,

1. 单电源供电和双电源供电的区别在于,单电源主要考虑的一是输入共模电压范围,二是输出摆幅的影响。 如果这两个条件都没问题的话,使用单电源和双电源都是可以的。

您上面的衰减电路中,关系式如下。

Vout=-Vin(R2/R6)+(V+)[R3/(R1+R3) ] [(R2+R6)/R6]

当Vin=1V时Vout=0.667V,我计算下来R1/R3=5.25. 我看您这里使用的时20K和2K,即 R1/R3=10呢?

另外,针对LMH6703来说,反馈电阻建议使用datasheet中推荐的,两种不同的封装分别推荐Rf是560ohm和390ohm。 如果使用390ohm的话,Rg=585ohm.

即Rf/Rg=0.667

2.  你上面提到的sloa058文章中的介绍,Gain小于1时不稳定和单电源和双电源没有关系。 它这里指的不稳定主要是下面这个原因。

当使用反相输入时,即文档中的衰减电路,增益Gain=-Rf/RG,如果RF小于Rg即小于1时会出现不稳定的情况。

比如一款运放给出gain>=3时稳定,而我们设计反相输入,Rfid=250ohm,RG=1k, 则Gain=-0.25. 那么此时就会出现不稳定的情况,这是因为噪声增益NG即Noise gain=1+Rf/RG=1.25,也是小于稳定增益3,1.25倍的NG会导致在闭环响应中波形会有峰值,这个峰值对应的是不可接收的相位裕度 ,所以这种情况下导致运放的不稳定。所以上述文档中介绍了大多数运放在增益小于1的时候会有不稳定的情况,当然也有的运放是没有这个问题的,比如LMH6703就可以,因为它在增益+-1~+-10范围内都是稳定的。

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Jasmine Ma:

非常感谢您的详细解答!

关于LMH6703的增益在+-1~+-10范围是稳定的,是指 |Gain| 在(1,10)之间,包括 |Gain| <1的范围吗?就是输出没有放大,而是缩小这样的情况。

根据同相放大的增益公式,是不是从理论上讲就不可能实现 |Gain| <1?

这样总结的话,运算放大器不管是同相还是反相,都很难实现gain的绝对值=0.67这样的功能?

BR

Jasmine

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Jasmine Ma:

hello, 麻烦您再帮忙看看 |Gain|=2的单电源电路:

输入为0~1V, 125MHz方波,想得到输出为0~2V的方波

这是同相输入,但是输出低电平有点高。

这是反相输入,输出有严重变形。

BR

Jasmine

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Kailyn Chen:

增益在+-1~+-10范围是稳定的, 比如反相输入,增益为-Rf/RG,就像我上面提到的-0.25是可以保证稳定性的,因为在这个范围内。 但 |Gain| 的话它确实是小于1的,所以我们看+-1~+-10这个范围。

您上面提到的Figure3的同相输入的电路,增益Gain=1+(Rf/Rg)这个电路是增益大于1的,无法实现0.67的增益。

但同相我们可以这样设计,便能实现衰减,就是搭建一个电阻分压,将输入信号进行分压,如下:

(注意: LMH6703并不是一个输入轨至轨的运放,所以注意单电源供电输入最低是达不到0V的,这也是单电源供电注意的问题,就是输入共模电压范围和输出摆幅是都都能达到电源轨,如果不行,就双电源供电。)

下面是同相衰减电路:

反相衰减的话可以考虑这样搭建电路,Vout=Vs(1+ R2/R1)-Vin (R2/R1). 按照gain=0.67的计算, R2/R1=4/3. 如下电路。 单电源不行,还是因为LM6703不允许低至负压轨0V输入。

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Kailyn Chen:

Jasmine Ma 说:

这是同相输入,但是输出低电平有点高。

关于Gain=2的电路,单电源还是因为LMH6703的输出不是轨至轨输出的运放,所以输出达不到电压轨。 datasheet有给出+-5V供电,输出+-3.4V左右,所以单电源供电,输出不能达到0V,这也是输出低电平有点儿高的原因。 G=2的电路如下,简单的同相输入,gain=1+Rf/Rg.

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Jasmine Ma:

非常感谢!

再麻烦请教一下,如何用6703设计跟随器?

我设计的这个输出很奇怪。

BR

Jasmine

,

Kailyn Chen:

如果是反相的话,则gain=-1.

同相的话,我看您输入端加了0.1uF的隔直电容,如果输入信号没有直流偏置的话,则不需要这个隔直电容。加了这个隔直电容之后,建议是在电容后端加一个电阻到地,给输入偏置电流提供回流路径,因为反向端输入偏置电流可通过反馈回路到输出端,而同相端的输入偏置电流没有回流路径,所以建议加一个电阻到地。 如果不需要被隔直流,这个电容可以直接去掉。

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Jasmine Ma:

因为我实际要设计的电路中是没有负电源的,因此还是得用单电源来实现。

麻烦您再帮忙看看单电源如何实现跟随器?

非常感谢!

BR

Jasmine

,

Kailyn Chen:

单电源的话就要注意输入信号的电压范围,还是上述所说,LMH6703不是轨至轨输入,所以不能0V输入。我看波形您的输入大概低至零点几。

您把需求说一下,单位跟随,输入信号是多少?

下面是我用+-2V输入,4V偏置电压即3V~7V,12V供电的跟随器,输出没有失真。

但您看我加上4V的偏置电压,即2V~6V的输入,可以发现输出不能低至2V,有些失真:

您的上述电路中不要加耦合电容,否则把直流偏置电压给隔离掉之后,单电源供电便不能满足LMH6703的输入电压要求。

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Jasmine Ma:

125MHz的方波好像就不行,低频的正弦波可以。

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Kailyn Chen:

方波的话需要考虑压摆率的影响,SR=deltaV/delta T。

deltaT趋近于0的时候,SR才能趋向无穷大。方波的SR就是无穷大。 

所以我们可以根据SR=2*Pai*Vp*f 计算下需要的压摆率。 其中Vp为输出信号的幅值,f为输入信号的频率。

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Jasmine Ma:

您好!

电压跟随器和放大电路是不是不太一样?

同相或者反相放大,125Mhz方波,tr=tf=30ps,6703是可以正常输出的。

比如同相3倍放大,输入信号通过AC耦合,单电源供电,输出是正常的,但是电容后的波形好像只有直流?

是不是直流偏置是通过In-端的Vef加上去的?

如果在In+端加直流偏置,再加个偏置电压,但是没有输出。

Thanks a lot!

BR

Jasmine

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Kailyn Chen:

您好,上面同相端输入为直流的原因,是因为运放的“虚短”特性,同相和反向端电压相等,同相接了Vref,那么靠近运放输入端的反向端的电压也是Vref。也就是您看到的经过电容后变成了直流的原因。 

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