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7-2015

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

HF-Technik

HF-Technik Ultra-breitbandiger und vollsymmetrischer Verstärker Der LMH3401 von Texas Instruments ist ein vielseitig verwendbarer High-Performance- Verstärker, der im Frequenzbereich von DC bis 2 GHz eine sehr geringe Flatness aufweist und dessen 3-dB-Grenzfrequenz bei 7 GHz liegt. Dieser Baustein wurde für Anwendungen in den Bereichen HF, ZF und für Highspeedsowie Time-Domain-Applikationen entwickelt. Er arbeitet an einfachen oder geplitteten 3,3 oder 5 V und eignet sich optimal sowohl für DCals auch AC-Kopplung in vielen Fällen, wo eine Single-ended-to- Differential-Wandlung (Symmetrierung, Balun) erforderlich ist, speziell, wenn ein Analog/Digital-Wandler angesteuert werden muss (Bild 1). Der LMH3401 weist nur sehr geringe Verzerrungsprodukte zweiter und dritter Ordnung auf, egal, ob er in den Konfigurationen „Single-ended-Input to Differential-Output“ oder „Differential-Input to Differential- Output“ (konsequente Differenzverstärkung) betrieben wird. Einige Onchip-Widerstände vereinfachen die Gestaltung des Leiterplatten-Layouts. LMH3401EVM Entwicklungsboard mit dem LMH3401 „on board“ Vielseitig einsetzbar Der LMH3401 wird mit Texas Instruments´ weitentwickeltem Complementary-BiCMOS-Prozess gefertigt und besitzt ein Platz sparendes und anwenderfreundliches 14-poliges UQFN- Gehäuse (Bild 2). Seine Leistungsmerkmale machen den LMH3401 sehr gut geeignet für diverse Applikationen, wie etwa Tests und Messungen, Breitband-Kommunikationslösungen oder Highspeed Data Acquisition. Eine duale Versorgung ist leicht möglich, wenn die Anwendung es erfordert. Trotz seiner hohen Leistungsfähigkeit verbraucht der LMH3401 nur nominell 275 mW an einfachen 5 V. Ein Power-down-Feature ist zudem vorhanden. Ein Common-Mode-Referenzeingang bietet die Möglichkeit, den Verstärkerausgang mit einer Gleichtaktspannung zu beaufschlagen, um den Eingängen von ADCs besser zu entsprechen. Folgenden konkreten Anwendungsmöglichkeiten entspricht der LMH3401 in besonderer Weise: • GSPS-ADC-Treiber • ADC-Treiber für Highspeed DAQ • ADC-Treiber für 1-GBPS- Ethernet over Microwave • DAC-Puffer • Breitbandige Verstärkerstufen • Level Shifter Einfache Anwendung In Bild 1 auch ist die interne Grundstruktur des LMH3401 zu sehen. Die beim klassischen Differenzverstärker üblichen Gegenkopplungs-Widerstände sind mit integriert und verleihen dem Bauteil seine feste Verstärkung. Diese beträgt für Spannungen 200 Ohm/12,5 Ohm = 16 bzw. etwa 24 dB. Die Herstellerangabe 16 dB bezieht Quellwiderstände von 50 Ohm ein und ist von daher unüblich. Bild 3 beweist, dass die Verstärkung bis 2 GHz äußerst frequenzlinear verläuft. Dies ist auch in anderen Betriebsweisen der Fall. Zusätzlich zu den Feedback- Widerständen gibt es noch interne Begrenzungswiderstände von 10 Ohm im Ausgang. Quelle: Texas Instruments: LMH 3401 – 7-GHz, Ultra-Wideband, Fixed-Gain, Fully-Differential Amplifier, December 2014 Bild 1: Typische Anwendung des LMH3401 als aktiver Balun und Treiber für einen ADC 20 hf-praxis 7/2015

HF-Technik Bild 2: Übersichtliche Pin-Belegung Der LMH3401 ist spanungsrückgekoppelt (Voltage Feedback Amplifier, VFA) auf Basis eines fully-differential Amplifiers (FDA) und erreicht so eine 7-GHz-Bandbreite bei 3 dB Abfall. Der Kern-Differenzverstärker ist leicht unkompensiert und bietet daher eine hohe Slew Rate sowie die klassenbeste Frequenzlinearität bis 2 GHz. Erhält der Power-down-Pin mehr als 1,2 V, nimmt der LMH3401 sehr wenig Ruhestrom auf. Der Signalpfad führt nun durch die Widerstände. Betriebs- und Gleichtaktspannung Der LMH3410 lässt sich mit einfacher Betriebsspannung (Single-Supply) von 3,3 bis 5,25 V betreiben. Dies ist dann gut möglich, wenn der Signalpfad an Eingang und Ausgang ACgekoppelt ist. Wie bei allen FDAs wird der Mittelwert der Ausgangsspannung von einer separaten Common-Mode-Scheife gesteuert. Der optimale Wert kann dem VCM-Eingang zugeführt werden. Der mögliche Bereich erstreckt sich ab 1,1 V bis zur halben Betriebsspannung. Wenn diese 3,3 V beträgt, ist der Bereich also recht schmal. Jedoch bei 5 V sind Werte zwischen 2 und 3 V gut möglich. Der LMH3401 kann auch an gesplitteten (symmetrischen) Versorgungsspannungen arbeiten. Am meisten genutzt werden ±2,5 V. In diesem Fall liegt der Pin VS+ an 2,5 V und der Pin VS- an -2,5 V, während die GND-Pins an Masse liegen. Mit einer ±2,5-V-Versorgung ist der Ausgangs-CM-Bereich 0 V ±1 V, während der Eingangs-CM-Bereich von -2,5 bis +1 V reicht. Stets sind externe Bypass-Kondensatoren nach den üblichen Design-Regeln vorzusehen. Zur Beschaltung Wie der LMH3401 normalerweise geschaltet wird, um massebezogene (single-ended) Signale zu verstärken und zu symmetrieren, also in Differential-Output-Signale zu wandeln, zeigt Bild 1 ebenfalls. Die Verstärkung zwischen single-ended Bild 3: Auf 0 dB normierte Verstärkung über der Frequenz mit ±2,5 V und 400 mV Spitze-Spitze am Ausgang Input und differential Output ist 16 dB. Um bestmögliche Balance und den kleinsten Offset am Ausgang zu erhalten, muss man denungenutzten Eingangs-Pin mit der gleichen Spannung wie die DC- Eingangsspannung beaufschlagen. Bei 5 V Betriebsspannung können das z.B. je 2,5 V sein. Achtung, die Eingangsimpedanz Beim Eingang gibt es bezüglich Common-Mode-Spannung mehr Flexibilität: Der Bereich beginnt bei Masse und endet 1 V über der halben Betriebsspannung. Bei 5 V beträgt er also 0...3,5 V. Bild 4: Beeinflussung von Verstärkung und Eingangswiderstand durch Serienwiderstände im Eingang hf-praxis 7/2015 21

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