此电路通过LTspice仿真设计实现。LTC6240和LT1395的spice模型文件中包含失真回放功能的宏模型。大多数宏模型都不会尝试显示失真情况,即使显示,仿真结果也可能不准确。该工具(LTspice)可查看宏模型的文本文件,确实如此,这些宏模型的失真模拟效果非常不错。

图10右侧是LTC6240,提供的增益为2,驱动电阻为100 Ω,对于该放大器而言负载较大。图10左侧是一款复合放大器,输入端另设一个LTC6240,并有一款良好的宽带电流反馈放大器(CFA)作为独立放大器来驱动相同的负载。复合放大器的理念是,输出运算放大器已具备适度的低失真,并且通过输入放大器在频率范围内的环路增益可进一步减少该失真。对于独立放大器和复合放大器,我们的闭环增益都为2,但在复合放大器中,可以对LT1395单独设置其自身的增益(通过Rf1和Rg1设置为4),以降低控制放大器的输出摆幅。由于输入引发的失真随输出振幅的平方增加,由此可进一步减少控制运算放大器的失真。

图11显示了10 kHz、4 V p-p输出的频谱。

谐波失真的计算方式为:每个谐波电平(dB)减去基波电平(在10 kHz频率下)。如图底部所示,输入信号的失真约为–163 dBc,非常好,足以让人相信模拟效果。V(out2)来自于独立的LTC6240,失真为–78 dBc。也不错,但当然没有达到ppm级。

图11.复合放大器和常规放大器的失真频谱

图11顶部显示了复合放大器的失真,–135 dBc,相当出色。这么好的结果,我们能否相信?为了加以验证,中间部分显示了原理图上节点的失真。如果复合放大器输出端的失真接近于零,但输出放大器本身的失真确实有限,那么反馈过程会在其输入端(中间)为输出放大器失真设置负值。中间部分的失真为–92 dBc,这实际上与LT1395数据手册的曲线匹配!我仍会想,如果宏模型中体现出物理LTC6240输入CMRR或ICMR曲率,它们可能还会增加实际的电路失真。

遗憾的是,很少有宏模型包含失真。您必须阅读宏模型.cir文件的标题来查看其是否受支持。要了解失真是否与数据手册的曲线匹配,需要进行一些模拟。

复合放大器的补偿可能有点棘手,但在我们的示例中,第二个放大器的带宽比输入放大器高出10倍以上,只需少许Cf即可提供电路补偿。在此补偿架构中,如果控制放大器的总体增益中包括BW的带宽,那么输出放大器的带宽应》3 × BW,而总体带宽应保守设置为约等于BW/3。

为避免带宽损耗,我们可以使用增强放大器的方法。这样相比复合方案对失真的改善较小,但带宽及建立时间都会毫发无损。图12显示了测试原理图。