Во многих контрольно-измерительных и высокоскоростных аналоговых приложениях для точного анализа характеристик устройства требуется подача на тестируемое устройство или предполагаемую нагрузку заданного целевого напряжения. Инженеры-проектировщики и испытатели хорошо знают, что эта цель иногда недостижима, поскольку импеданс линий, по которым передается сигнал на нагрузку, изменяет исходный сигнал. Традиционно для точного измерения напряжения, которое нагрузка или тестируемое устройство видят на своих клеммах, инженеры используют подключение Кельвина. Четырехпроводное подключение Кельвина позволяет точно измерять напряжение на клемме нагрузки, но не может скорректировать падение напряжения или фазовый сдвиг, которые динамически возникают на сигнальных линиях с различными импедансами. При передаче высокочастотных сигналов в игру вступают RLC (эффекты линии передачи) цепей и вызывают значительный сдвиг фазы сигнала. Это всегда заставляет разработчиков искать наименее затратные методы коррекции падения напряжения и фазового сдвига в линиях передачи. Схема на Рисунке 1 представляет собой полностью дифференциальный драйвер линии, содержащий полностью дифференциальный усилитель и две высокочастотные высокоимпедансные цепи обратной связи (ОС).
 |
|
| Рисунок 1. | Эта полностью дифференциальная схема компенсирует падение напряжения и фазовый сдвиг в линиях передачи. |
Сопротивление каждой токоведущей линии вызывает падение напряжения на ней. Поэтому амплитуда сигнала, подаваемого на нагрузку, меньше амплитуды сигнала на выходе полностью дифференциального драйвера линии. Это падение напряжения пропорционально значению сопротивления линии RTRACE и току, протекающему через соответствующую линию. Например, если выходной ток драйвера линии составляет 100 мА, а сопротивление линии равно 10 Ом, на RTRACE возникает падение 1 В. В результате, если амплитуда выходного сигнала составляет 10 В пик-пик, нагрузка получает сигнал 9 В пик-пик. Линии обратной связи, работающие как вычитатели сигнала, точно измеряют это падение напряжения на RTRACE. Затем это напряжение добавляется к входному напряжению драйвера линии в суммирующем узле A. Поскольку схема симметрична, одна и та же функция выполняется в соответствующих противоположных точках. В результате, независимо от величины общего падения напряжения на RTRACE, вычитатель измеряет его и добавляет обратно к входному сигналу драйвера линии. Следовательно, выходной сигнал драйвера линии увеличивается пропорционально падению напряжения на RTRACE, и нагрузка получает именно то напряжение, которое она должна была получить изначально. Так как схема представляет собой замкнутую систему с отрицательной обратной связью, она сохраняет устойчивое состояние.
 |
|
| Рисунок 2. | Эта схема представляет собой модель линии передачи, вставленную между точками A и B схемы на Рисунке 1. |
Буферы в цепях обратной связи образуют узел с высоким входным сопротивлением, предотвращающий любое воздействие на нагрузку. Например, без буферов последовательные и параллельные резисторы вычитателя будут вызывать изменение величины нагрузки. Буферы вместе с вычитателем образуют инструментальный усилитель. Эту конфигурацию можно настроить для различных коэффициентов усиления, чтобы создать варианты схемы для различных приложений. Инструментальный усилитель создает путь с высоким входным сопротивлением, который работает аналогично измерительным линиям подключения Кельвина. Основное отличие состоит в том, что измерительная линия в этой схеме измеряет фактическое падение напряжения на RTRACE на различных частотах и добавляет его обратно к исходному сигналу. Для обеспечения устойчивости схемы следует обратить внимание на соотношение коэффициентов усиления драйвера линии и вычитателя. Кроме того, необходимо убедиться, что полосы пропускания устройств, образующих цепь обратной связи, превышают полосу пропускания драйвера линии, чтобы избежать дополнительных ошибок в системе из-за ограничений полосы пропускания каналов обратной связи. Можно спроектировать цепи обратной связи с гораздо более широкой полосой пропускания, чем у драйвера линии (например, вдвое). Это позволяет схеме корректировать фазовый сдвиг в линиях передачи, если они проявляют свойства RCL.
 |
|
| Рисунок 3. | Частотные зависимости фазового сдвига в узле B перед линией передачи и в узле C после линии передачи показывают влияние цепи обратной связи (ОС) на коррекцию фазового сдвига на конце линии передачи. |
Например, предположим, что между узлами B и C схемы на Рисунке 1 вставлена модель линии передачи, как показано на Рисунке 2. Полоса пропускания полностью дифференциального усилителя при единичном усилении составляет 300 МГц, а размах входного сигнала равен 2 В. Полоса пропускания петель обратной связи сделана равной 600 МГц, чтобы исключить дополнительный фазовый сдвиг сигнала цепью обратной связи. Такая конфигурация тестовой схемы позволяет увидеть фазовый сдвиг, который вносит сама линия передачи. Линия создает значительный сдвиг фазы сигнала, доставляемого на нагрузку. На Рисунке 3 показаны частотные зависимости фазового сдвига в узле B перед линией передачи и в узле C после линии передачи, непосредственно перед нагрузкой. Эти кривые показывают влияние цепи обратной связи на коррекцию фазового сдвига на конце линии передачи, где расположена нагрузка. Такая конфигурация схемы, по сути, корректирует фазовый сдвиг сигнала, вызванный влиянием RCL линии передачи. Полностью дифференциальный драйвер линии позволяет обеспечить на нагрузке двойной размах напряжения по сравнению с использованием несимметричного драйвера с теми же источниками питания и аналогичными характеристиками. Однако природа полностью дифференциальных конфигураций требует пристального внимания к поддержанию баланса параметров пассивных и активных компонентов для сохранения целостности сигнала, подаваемого на нагрузку. Поэтому следует выбирать равные значения сопротивлений резисторов в верхней и нижней цепи обратной связи. Эта конструкция позволяет корректировать падение напряжения и фазовые сдвиги в линиях передачи в низко- и высокочастотных приложениях. Простота конструкции и небольшое количество используемых компонентов делают ее экономически эффективной для многих приложений, связанных с проблемами коррекции напряжения и фазового сдвига.
Купить THS4551 на РадиоЛоцман.Цены
