之前我們討論了電壓反饋運算放大器(voltage-feedback op amp;VFOA),現在來談一談電流反饋運算放大器(current-feedback op amp;CFOA),以及一些性能分析。

壓擺率(slew rate)和頻率特性是CFOA的強項,但其精度和共模抑制比(CMRR)則比VFOA差一些。 圖1顯示CFOA的電路圖,進一步的電路分析可驗證上述結論。

CFOA

圖1:連接CFOA輸入與緩衝器輸入/輸出,可能降低精度。

VP輸入具有高阻抗,因為它連接到電壓緩衝器的輸入。VN輸入具有低阻抗,因為它連接到相同緩衝器的輸出。CFOA和VFOA之間一個十分明顯的區別是,VFOA有匹配的高輸入阻抗,而CFOA輸入阻抗的值不同。輸入級精度要求匹配,而CFOA則要求製造商讓工作於不同電流級的兩個NPN和兩個PNP電晶體匹配。正常情況下,是沒有辦法將一個緩衝器的輸入和輸出級匹配的,因此並不會經由匹配而獲得高精度。

此外,高頻放大器設計一般不需要高精度,因為訊號通常經過交流(AC)耦合或很微弱,或者在直流(DC)成份中不提供任何資訊。如同VFOA一樣,這種放大器的電流鏡會產生跨阻,而無增益。跨阻與增益功能相同,因此,精度必須透過跨阻除以誤差項而取得。而且,儘管透過該步驟可以使輸入偏移電壓達到毫伏(mV)級,但卻很少能達到微伏(uV)級輸入偏移電壓。

CFOA最常見的工作模式是同相放大器,因為反相輸入阻抗很低。你可以將CFOA用作差分放大器,但此模式導致CMRR較差,因為輸入電壓偏移和輸入阻抗不能有效匹配。CFOA的精度和CMRR較差,適合不要求高精度和CMRR的應用。

CFOA本質上是由一個電流鏡隔離的兩個電流緩衝器。電流緩衝器速度很快,電流鏡也相當快,因此CFOA是具有高增益頻寬的高速元件。壓擺率在CFOA內不受限制,因為可用於CC充電的電流不受限制。當輸入電壓擺幅較大時,它將迫使大電流進入電流鏡,從而得到更大的鏡電流來提高壓擺率。提高壓擺率的另一個特點是,輸入電流可以從VN輸入,經過反饋電阻,流入負載。輸入緩衝器速度很快,因此反饋電流幾乎是暫態的,從而使初始擺率較高。 表1比較了電流反饋放大器和電壓反饋放大器。

comparison_VFOA_CFOA

表1:電流反饋放大器和電壓反饋放大器的特性比較

編譯:Jenny Liao

(參考原文:Anatomy of a current-feedback op amp,by Ron Mancini)