一個世紀前首次提出的米勒效應(Miller effect)使電壓放大器的輸入和輸出之間連接的阻抗反映在放大器輸入阻抗中,與放大器增益成比例縮放。雖然最初人們認為它只不過是會限制頻寬和穩定性,且是不想要的寄生電容倍增器,但米勒效應已被有用的拓撲結構所採納,如類比示波器時基積分器(time-base integrator)。

20190515TA31P1 圖1 回饋阻抗的可變增益米勒效應縮放。

根據這樣一個事實:如果放大器增益(A)可變,那麼米勒阻抗(Zm)或電納(susceptance,Ym)也可變,本設計實例提出了另一種使用它的好辦法。

Zm = Z/(1–A)

Ym = Y(1 – A)

可以看到一個有趣的結果,允許增益因數A的範圍包括A=+1,因此(1-A)=(1-1)=0,這導致了Zm(即Lm或Rm)理論上可至無窮大,而Ym(Cm)為零。

圖2中提出了米勒效應元件合成電路的一種實現方法。

20190515TA31P2 圖2 可變增益米勒電路示例。

增益設定電位器(如簡單的類比微調器、帶計數轉盤的精密電位器或圖示的數位電位器)的選擇是根據應用需求而定。A1和A2的選擇需適應所需的頻寬、電壓規格和電流驅動能力,而R2/R1比率確定增益調節範圍:(+1至-R2/R1)。以圖2給定元件為例(10位元解析度AD5292-20數位電位器),R1=R2、Yref=0.5μF參考電容、跳線J1接地,Ym可以以大約1nF(實際為977pF)每步、總共1k步,從大約為0(幾個pF)合成到1.0μF:

Cm = 0.5μF(D/1024)(2)

0≦D≦1023

由此產生的電路可用於原型設計、測試、後期微調、調整和校準。

但是,這裡存在一個明顯的侷限。合成電抗只有一個主動端子,另一端間接接地。這在許多潛在的應用中都存在問題,當需要兩個端子時,也存在一種解決方案,如圖3所示。

20190515TA31P3 圖3 單端子和雙端子拓撲圖。

這種解決方案是將兩個相同的米勒電路(包含相同的參考電抗和電位器設定值)連到兩個端子,並透過J1/J2交叉連接,利用合成電抗上出現的差分訊號。兩個電路中的米勒增益放大器減去出現在對端的訊號,從而在兩個端子間有效合成一個浮動元件。

(參考原文: Synthesize variable in-circuit Rs, Ls, and Cs,by Stephen Woodward)