电流回授运算放大器架构已成为各类应用的主要解决方案。该放大器架构具有很多优势，并且几乎可实施于任何需要运算放大器的应用当中。 电流回授放大器没有基本的增益频宽产品的局限，随着讯号振幅的增加，而频宽损耗依然很小就证明了这一点。由于大讯号具有极小的失真，电流回授运算放大器架构已成为各类应用的主要解决方案。该放大器架构具有很多优势，并且几乎可实施于任何需要运算放大器的应用当中。
电流回授放大器没有基本的增益频宽产品的局限，随着讯号振幅的增加，而频宽损耗依然很小就证明了这一点。由于大讯号具有极小的失真，所以在很高的频率情况下这些放大器都具有极佳的线性度。电流回授放大器在很宽的增益范围内的频宽损耗很低，而电压回授放大器的频宽损耗却随着增益的增加而增加。准确地说就是电流回授放大器没有增益频宽产品的限制。当然，电流回授放大器也不是无限快的。变动率受制于晶体管本身的速度限制（而非内部偏置(压)电流）。这可以在给定的偏压电流下实现更大的变动率，而无需使用正回授和其它可能影响稳定性的转换增强技术。
那么，我们如何来建立这样一个奇妙的电路呢？电流回授运算放大器具有一个与差动对相对的输入缓冲器。输入缓冲器通常是一个射极追随器或类似的器件。非反向输入是高阻抗的，而缓冲器的输出（即放大器的反向输入）是低阻抗的。相反，电压回授放大器的2个输入均是高阻抗的。
电流回授运算放大器输出的是电压，而且与透过称为互阻抗Z(s)的复变函数流出或流入运算放大器的反向输入端的电流有关。在直流电情况下，互阻抗很高（与电压回授放大器类似），并且随着频率的增加而单极滚降。
图1 Z(s)和回授电阻示意图
解决电流回授运算放大器灵活性问题的关键在于可调整的频宽和可调整的稳定性。因为回授电阻值会改变放大器的AC回路动态特性，所以会影响频宽和稳定性。除了极高的变动率和根据回授电阻调整频宽的能力，您还可以获得与器件的小讯号频宽很接近的大讯号频宽。最好的是，该频宽在宽增益范围内被大量保留。并且，因为固有的高线性度，所以您也可以在高频率情况下获得低失真和大讯号。
找到最佳的回授电阻(RF)
由于放大器的AC特性部分取决于回授电阻，所以我们能够针对各个独特的应用调整放大器。降低回授电阻的值能增加回路增益。在低增益下，回授电阻会设成较高的值，以便保持高稳定性和最大频宽。随着增益的增加，回路增益自然就降低了。在需要高增益时，可以透过使用较小的回授电阻来部分的恢复该回路增益。
图2 LMH6714的频率反应和RF特性 - （20056512copy.tif）
从图2可以看出改变回授电阻时频宽的变化。在最右边RF等于147奥姆处，您可以看到频率反应正好达到最大值。该曲线还具有最大频宽。将电阻降到远低于147奥姆会导致在脉波反应时产生共振电路的振铃，而再低时会发生实际振荡。RF = 300的曲线具有极佳的平坦度和增益，而且还具有可与峰值频率反应相媲美的频宽。因此，我们可以完成很高的稳定性，而未损耗大量的频宽。如果应用只需50或60 MHz的频宽（高于该值就会产生噪声），您可以透过改变回授电阻来调节器件的频率反应。使用这一类频宽有限的快速放大器的主要原因是它能够提供极佳的讯号逼真度。
图3 推荐的回授电阻和非反向增益
同一器件的数据表如图3所示。指定的非反向增益条件下建议使用的回授电阻如图所示。在增益为2的情况下，推荐使用的回授电阻为300奥姆，这样可获得最佳的增益平坦度、稳定时间和速度组合。并且，从图中可以看出在增益为1的情况下，需要使用600奥姆的回授电阻才可获得最佳的性能。这是因为回路增益很高，需要大阻值电阻才可实现高稳定性。这是电流回授架构和电压回授架构的主要区别。电流回授放大器不能输出短接到反向输入一同使用。
数据表中最常用的电阻是针对增益为2的状况。然而，从图2可以看出，您可以根据不同状况灵活选用电阻。数据表中的推荐值是用于执行性能表中规定的指针和曲线的值。
在增益为5的情况下，RF低至200奥姆，如图3所示。增益设定机电阻如今仅为50奥姆，所以我们达到了输入缓冲器电阻和增益设定电阻相近的点。这会降低运算放大器的闭回互阻抗，并随着增益的增加而开始限制频宽。在增益为8的情况下，回授电阻重新回到275奥姆。一旦不能透过降低回授电阻来增加增益，就得牺牲频宽来获得较高的增益，这时电流回授放大器的运作模式就和电压回授放大器类似了。
电路板布局
电流回授运算放大器（或者是高速产品一般需要考虑的元素）需要仔细考虑的元素之一是电路板布局。表面黏着、电源陶瓷旁路电容需要距离器件很近，一般不超过3mm。如果需要较大的，则电解电容器可以距离电路板稍远一点。通常会装设一个板上稳压器。这种情况下，除了稳压器供货商推荐使用的那些电容外，无需再添加电解电容器。安装在放大器附近的小型陶瓷旁路电容器用于驱动放大器的高频反应。根据放大器速度和放大讯号的不同，可以使用2个电容值至少相差10倍的陶瓷电容。例如，400MHz的放大器可以并联0.01uF和1nF电容。 购买电容器时，检查本身的共振频率是很重要的。在接近或高于该频率的频率下，电容不具备任何优势。接地和电源平面层有助于为接地电流和电源电流提供低阻抗通路。接地和电源平面层都应从放大器的输入和输出引脚下面以及回授电阻下面移出。其结果有助于透过降低不需要的寄生电容来保持放大器的稳定性。 要尽可能的使用表面贴装组件。其结果可以提供最高的性能，并且占用的电路板空间也最小。PC板的走线应要尽可能的短，短尺寸能将寄生效应降至最低水平。以电源走线来说，最糟糕的寄生特性就是DC电阻和电感，所以电源走线也应要尽可能的宽。另一方面来说，输入和输出走线传输的电流通常都很小，所以容性寄生现象的危害性最大。对于超过1cm的讯号通路而言，最好是使用可控阻抗和双端负载的传输线路。
由于少量的寄生负载是不可避免的，所以电流回授放大器的回授电阻能为特殊应用灵活调整放大器的性能。虽然电路板布局极具挑战性，但即使这样，再大的回授电阻也有可能不够。这种情况下，还有另外一种方法。
图4 利用串联输出电阻隔离容性负载 驱动容性负载
图5 LMH6738的推荐Rout和容性负载
透过加入电阻（ROUT），几乎可以在放大器输出端上驱动任何数量的电容，而不会出现稳定性的问题，如图4所示。这是运算放大器常用的方法，对电压和电流回授放大器均可起作用。这种技术特别有用于当驱动高速模拟-数字转换器时。ROUT电阻安装在运算放大器和容性负载（ADC）之间。在电路板空间允许的情况下，电阻应要尽可能靠近放大器。
图5中的曲线表明了根据电容尺寸的不同而建议使用的ROUT的电阻值。该图是基于1k奥姆电阻负载而绘制的。如果RL小于该值，则ROUT也可以小于该值。另一种方法是将ROUT放在回授回路的内部（图中未标明）。您可以将RF连接到隔离电阻的输出端，而不是把RF连接在如图所示的ROUT和放大器之间。这样可以保持增益准确度，但是在其它应用例子中隔离电阻仍然会损失。我们应该了解这种方法确实有缺点。因为电阻和电容形成了一个低通滤波器，所以使用该电路会损失频宽。LMH6738的反应图表如下所示。正如看到的一样，无论电阻值为多少，电容越高，越难驱动和降低相应的频宽。
图6 增益为2的情况下LMH6738的频率反应和容性负载 降低系统噪声
降低噪声对于建构IF放大器或低频RF滤波器而言是非常重要的。具有电流回授放大器，虽然看上去互相矛盾：增加回授电阻通常可以降低系统噪声。这是因为频率反应下降的速度比电阻噪声上升的速度快。最重要的一点是，为了降低放大器之后的电路噪声，应该只使用必要的频宽。除了使用阻值最合适的回授电阻，您还可以给该电路添加一个滤波器。通常可以利用Sallen-Key滤波器拓扑，将滤波器整合到放大器的回授网络中。如果可能，AC耦合也有助于消除低频噪声（常称为1/F噪声）。目的是消除放大的频带以外的所有噪声。系统等级考虑是需要早点把最低噪声、最高增益的模块安装到电路中。越早增加增益，噪声对讯号的影响就越小。如果可能，应避免使用大的来源电阻。电阻增加的热噪声与电阻值成正比。
电压回授并未过时
当您考虑使用电流回授运算放大器而比对电压回授运算放大器时，您应该意识到在某些领域中电压回授放大器可能更具优势。对于电流回授拓扑而言，输入偏置电流不是完全匹配的。非反向输入的阻抗比反向输入的高，一般具有较低的输入偏压电流。反向输入的偏压电流通常较大，这会在偏压电流必须流经大阻值电阻时，引发输入电压偏移。
电流回授组件上的偏移电压部分是匹配的，并且值很小，但它们不完全为零。因此，它会随正常进度和温度的变化而发生更大的变化，而电流回授运算放大器的典型偏移电压则可以做的很好。如果输入偏移电压需要极高的精度，那么选择电压回授放大器通常会更好。
电流回授放大器的缓冲器配置需要有回授电阻，而电压回授放大器可以使用短路。除非在现有设计中替换现有的电压回授放大器，否则一般来说这个不成问题。
最后，电流回授放大器的回授回路中的电容会导致不稳定性。某些通用电路拓扑不适用于电流回授放大器。对于大多数电路而言，有适用于电流回授放大器的替代布局。
总结
电流回授放大器特性的应用好处包括：呈现质量的视频线路驱动器和路由器、模拟-数字转换器驱动、IF放大器和频率缓冲器。电流回授放大器适用于任何需要实现高讯号逼真度和高速的应用。
作者简介：Nicholas Gray 任职于美国国家半导体公司数据转换系统部应用工程师，电子邮件:nicholas.gray@nsc.com
