忠於電路圖

作者 : Barry Harvey,EDN

最近需要重新創建我在25年前打造的穩定時間測量夾具。我指示實習生建構它,他展示了它在實驗室中的運作狀況,但他評論說,差分輸出似乎有很大的抵消。我檢查了工作電流,它們是正確的,然後,將三角波應用於輸入。輸出是彎曲的!另一個差分輸出簡直是受了限制——太不妙了…

我最近需要重新創建我在25年前打造的穩定時間測量夾具。它可以發送和接收10V擺幅,並夠平坦,且可以放大到足以在示波器上的35奈秒(ns)內看到0.01%/格。你無法購買這種步進產生器,也無法使用示波器來查看0.01%的絕對穩定功能。

我指示實習生建構它。我確保他只填滿了第一級,這是一個寬頻差分放大器,它採用了RCA Semiconductor已有35年歷史的CA3127電晶體陣列,RCA Semiconductor先後由通用電氣(GE)與哈里斯半導體公司合併。最後,Intersil(現屬瑞薩電子)併購了該公司,因此有一部分庫存。

他自豪地展示了它在實驗室中的運作狀況,輸入處的方波呈方形。但他評論說,差分輸出似乎有很大的抵消。我檢查了工作電流,它們是正確的,然後,將三角波應用於輸入。輸出是彎曲的!另一個差分輸出簡直是受了限制——太不妙了。我無意間用手指摩擦了電路板,發現整個波形都變回了三角形並改變了其直流電平。

好的,我們在那裡發生了振盪,這種振盪對於我們的400MHz示波器來說太快,以至於無法查看到。我發現根據觸摸的位置,可能會得到任何形式的三角形失真或偏移量。手指的阻抗約為100pF,與大約100Ω接地串聯,這種情況會加載並修改振盪。振盪期間會發生幾件事,振盪的幅度不斷增大,直到使設備過載,從而導致直流整流和工作點漂移,因此,偏移量隨觸摸手指的位置而變化。這種變化的結果是,低頻訊號會發生直流偏移,從而會出現增益和偏移變化,甚至訊號上的非線性。

振盪的另一個結果是輻射,這意味著你可以使用天線和對頻率非常敏感的實驗室儀器(例如頻譜分析儀)來找到振盪。 因此,我用一條同軸電纜切割了一個小天線,並從中心導體到屏蔽層做了一個小環。 這種小的變壓器次級耦合能量足以使頻譜分析儀顯示出來。因此,我用一條同軸電纜切割了一個小天線,並從中心導體到屏蔽層連接了一個小迴路,這種小的變壓器次級耦合能量足以使頻譜分析儀顯示出來。

因此,將迴路保持在零件附近,我看到一個1.6GHz的頻譜尖峰在關閉系統電源後消失了。然後我發現我可以將手指放在任何地方,即使在接地區域,也會影響頻譜。不幸的是,我找不到可以消除振盪的地方,我使用了金屬探針,指尖向下以保持探針的長度和較低的電感。

接地區域到處都在生熱!我在每個網格¾英吋的內部鑽孔,在頂部金箔和底部接地之間,將它們全部短路。

經過三次的討論,並未取得任何進展,因此我查看了CA3127的產品規格手冊。峰值增益頻寬乘積為1.2GHz,如何從1.2GHz的元件中獲得1.6GHz的振盪?

因為這一點,使我不太信任這顆元件。我問這是哪一顆元件,實習生向我保證那是3127——結果是HFA3127!查看該元件的產品規格手冊後,我注意到在增益頻寬乘積曲線上有一個提高的8GHz陣列!儘管一個8GHz元件可以在1.6GHz處振盪,但我們的電路板佈局無法處理如此快的電晶體。

最後,實習生用CA3127替換了陣列,一切都很好——沒有偏移、也沒有失真。我並不推薦使用HFA的元件,所以將責任歸咎於實習生。

(參考原文:Stick to the schematic,by Barry Harvey,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

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