跨导放大器和运算放大器区别分析

　　什幺是跨导放大器

　　跨导放大器（operational transconductance amplifier， OTA）是一种将输入差分电压转换为输出电流的放大器，因而它是一种电压控制电流源（VCCS）。跨导放大器通常会有一个额外的电流输入端，用以控制放大器的跨导。高阻的差分输入级、可配合负反馈回路进行工作的特性，使得跨导放大器类似于常规运算放大器。

　　换言之，置于输入路径的运算放大器负责为模数转换器提供经过处理的输入信号，而置于输出路径的运算放大器则负责为发送器提供经过数模转换器处理的输出信号。这个处理过程并不简单，因为系统采用的传感器、模数转换器、数模转换器及发送器都各不相同，为它们提供信号的信号源必须在电子特性方面能够满足它们的特殊要求，才可以充分发挥其性能。

　　

　　什幺是运算放大器

　　运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。

　　原理

　　运放如图有两个输入端a（反相输入端），b（同相输入端）和一个输出端o。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。）之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。为了区别起见，a端和b 端分别用“-”和“+”号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。反转放大器和非反转放大器如下图：

　　

　　一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。

　　运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。

　　运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。

　　运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0（E1-E2），其中，A0 是运放的低频开环增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的输入信号电压，E2 是反相端的输入信号电压。

　　跨导放大器和运算放大器区别分析

　　跨导放大器的设计考虑

　　采用电压反馈放大器（VFA）来设计一个优质的电流到电压（跨导放大器）转换器是一项重大的挑战。理论上，一个光电二极管当曝露在光线中时可产生一个电流或电压输出，而跨导放大器（TIA）便是将这个很弱的电流转换成一个可用的电压信号，通常跨导放大器均需经过补偿才能正常工作。本文将会探讨一个用345MHz的轨到轨输出，电压反馈放大器（例如是美国国家半导体的LMH6611）来实现的简单TIA设计，并提供TIA设计所必需的信息，讨论TIA的补偿和性能结果，以及分析TIA输出端的噪声。

　　

　　图1所示为一个用电压反馈放大器构建的带有光电二极管等效电容和运放输入电容的TIA模型。

　　运算放大器的设计考虑

　　由于LMH6611工作在较大增益（RF）时，其输入偏置电流便较低，故可容许电路工作在低光强度的条件下。运算放大器反向端上的总电容（Cr）包括光二极管的电容（CPD）和输入电容（CIN），Cr在电路稳定性方面扮演着很重要的角色，而稳定性则取决于这个电路的噪声增益（NG），其定义为：

　　

　　图2所示为噪声增益与运算放大器开环增益（AOL）交点的波特图。当增益较大时，CT和RF在传递函数中产生了一个零点。在较高的频率下，在环路附近会出现过大的相移，使得跨导放大器绝对不稳定。

　　为了保持稳定性，需要加入一个反馈电容（CF）与RF并联以便在噪声增益函数中的fP处构建一个极点。通过选用合适容值的CF，便可使噪声增益的斜坡变平从而获取最佳的性能，这样使得频率fP点的噪声增益等于运算放大器的开环增益。这个在AOL和噪声增益交点以上的噪声增益斜率“平坦化”会得到一个45度的相位余量（PM）。这是因为在交点处，fP点的噪声增益极点会贡献一个45度的相位超前，因此给出了一个45度的相位余量（假设fP和fZ之间最少有10MHz的距离）。