摘  要： 本文旨在介绍LMH6515的特性和应用。
Abstract: The paper aims at introducing the applications and characteristics of the LMH6515.
关键字： 差分放大器、电感、电阻
Keywords: differential amplifier，inductor，resistance

1 前言
       LMH6515是400MHz信号通道应用方面最好的全差分放大器，其内阻为200Ω，绝对增益与负荷有关，然而增益阶数总是1dB。LMH6515输出级属于A类放大器。在运行时，它具有极好的失真和线性特性。因此，在高线性要求下，LMH6515是电压放大和ADC驱动的最佳选择。
      LMH6515共模输出必须谨慎设置。运用电感设置共模输出是首选方法，而且可以得到最大振幅的输出。建议输出与AC耦合。以上提到的电感将理想的空载共模输出接到正极电源。通过这个电感，输出电压将大于电源电压。其他设定共模输出的方法要求电源电压在5V以上。如果使用大于5V的电源，必须确定共模输出不能超过5.25V的额定供给电压。
      OUT+和OUT-端最大限制电压为6.4V。当连接电感时，这些针脚承受的电压幅度将超过电源电压。在5V共模输出下运行，将产生最大的有效差动振幅为5.6VP-P。系统标准和自动增益控制算法必须特定，避免超过这个限制。

2 输入特性
      LMH6515的输入阻抗通过内置电阻设定，其额定值为200Ω。过程变化可以得到取值的范围（如LMH6515数据表中5V电子特性表所示）。高频寄生效应将对阻抗产生影响。这个特性也依赖线路板的布线，必须在系统线路板上验证。
      最大增益时，数字衰减器设定为0dB，输入信号将比输出信号小得多；最小增益时，输出信号是12dB或者比输入信号小。在这种结构中，输入信号大小可以根据输出结构和需要的输出电压信号来限制放大器放大输出幅度。输入信号振幅不能超过0.5V、不能低于负极电源电压（通常为0V）或高于正极电源电压。如果振幅太大，输入信号将破坏和导致严重失真。因为输入级的自偏压接近1.4V，所以输入电压振幅限制成低电源电压。为了驱动大的输入信号，共模输入不得不大于1.4V。共模输入电压为2.0V时，输入信号的最大振幅为8VP-P。输入信号振幅大于1.4V的内偏置电压时，失真特性会受到轻微的影响。

3 输出特性
      LMH6515有两种差分输出结构可以选择。LMH6515是集电极开路的拓扑结构。每个输出端都有200Ω内阻，那么在两个输出端之间就有400Ω内阻。这样使一个200Ω或400Ω的差分负载与外置负载并联。选择400Ω可以获得大的增益，而选择200Ω将获得小的增益。除非需要更大的增益，一般建议使用200Ω的连接方式。
      LMH6515的共模输出必须通过外置元件设定。在LMH6515的输出级使用电感有利于其多方面的应用。特别是在选择400Ω时，为了增加输出电压，要求在输出级连接电感。选择200Ω时也应该使用电感，是因为芯片内置200Ω阻抗而形成的电压降使晶体管输出饱和。还可以用电阻和高压电源来设定共模输出。这种方法不建议使用，除非输出要与DC耦合。如果要求与DC耦合，就必须考虑共模输入和共模输出电压。
      通过运用低增益、选择低输出阻抗、使用低负载电阻，可以得到LMH6515的最大带宽。用67Ω的有效负载可以得到接近1GHz的带宽。当输出级设置了有效电阻时，电路板线路和放大器输出级的容抗使带宽大致成线性状态。当输出电抗为100Ω时，带宽下降至600MHz；当输出电抗为200Ω时，带宽则为260MHz。由于这些原因，建议不要驱动大电抗的负载。
      尽管带宽随着负载阻抗的增大而下降，然而失真特性可以得到改善，增益将增加。LMH6515是共发射极的A类输出级，输出设备上的电流振幅极小，这样就充分的改善了失真。
      LMH6515的输出级通过输出晶体管的集电极供电。输出级电源通过电感供电，电感的电抗允许输出电压增加。图1中所示的电感有44.3nH。在不同的应用中应选择不同大小的电感。图1中选择的电感与ADC和负载电容产生共振，产生微带通滤波作用。宽带应用中，大电感适于低频运行。然而大电感将减小高频特性，特别是物理尺寸小的大电感。数值相同的大电感中，那些尺寸大的电感比小的更适合窄带应用。这是因为大电感具有低DC阻抗、小容抗，且自身具有高Q值和高固有频率。只要具备其中一个因素，固有频率就可以高于任何需要的信号频率。另一个考虑是功率电感和滤波电感应放在线路板回路中，且两者的磁场不能引起耦合。否则将损害滤波特性，导致不必要的失真。

4 数字控制
      LMH6515在31dB的范围内有32个增益设定值。为避免不必要的瞬变信号，LMH6515必须在最小增益状态（所有逻辑输入脚为0V时）时供电。LMH6515有一个像插销一样的5Bit增益控制总线。当插销低的时候，增益控制脚的数据就马上传递给增益回路（增益将马上改变）。当插销变高时，将保持电流增益状态，并忽略增益设定脚的变化。为了使增益变化干扰最小，当插销低时，并联增益控制脚不能改变。而且为了使5ns开关时间达到增益阶数，内部增益变化回路的运行也必须非常快。三个或更多增益控制脚的状态发生变化可以使小增益改变。如果要求持续控制增益，插销就必须接地。这种状态称为透通模式，增益脚总是激活状态。在这种状态下，必须谨慎设置增益脚逻辑转换的时间，从而避免不必要的瞬变。
      LMH6515设计与3.3V CMOS逻辑回路相连。如果要求运行5V逻辑，那么每个逻辑脚上都允许有一个简单的分压器。包括66.5Ω接地电阻和33.2Ω串联电阻的分压器可以完全终止100Ω的传递曲线，又提供3.3V的逻辑电压。切记不要超过逻辑脚3.6V的最大额定电压。

5 裸露焊盘LLP封装
      LMH6515封装在散热包装里。裸露焊盘与GND脚连接。在每个案例中，设备产生的热量大部分依靠焊盘上的附着物散发。裸露焊盘应当尽可能多的附着在线路板回路的铜箔上，最好是外部的铜箔。然而，当设计一个系统线路板时，保持快速布线也很重要。

6 连接ADC
      LMH6515设计用于连接高速ADC，比如ADC14155/V155。AC耦合最灵活，尤其是在IF取样应用方面。输出端的任何电阻网络将引起增益损耗，因为输出信号通过输出电阻发热。当外置负载增加时，最大增益与外置负载关系图（图2）表示了增益的变化。
      为了正常运行，必须在LMH6515输入端自偏置适当的电压。输入端内偏置电压大约为1.4V。在许多应用中LMH6515的输入端需要与AC耦合。
如图2所示，共模输出电压不是自偏置电压，它随着外置电感的增大而上升。这样用单5V供电时，使LMH6515具有低失真大振幅的特性。选择不同的LMH6515的内置负载内阻可以得到相应的增益。
      独特的内置结构允许差分或单端型电源驱动LMH6515。如果用单端型电源驱动LMH6515，那么未使用的输入端需要接一个0.01nF的电容，而不能直接接地。未使用的输入端直接接地将干扰内偏置回路，导致性能变差。

7 电源
      如图3所示，LMH6515的输出脚上有许多电源端可以选择。脚3（VCC）必须一直与电源相连。输出级可以按照图4、图5连接。VCC的电压范围是4V-5.25V。用低电源供电可减少功率损耗，使用5V电源可以达到最佳性能。因此，电源振幅最好控制在2.5%以内或者更好。
      值得注意的是数字回路通过3.3V的内置电源供电。驱动逻辑脚的电压不能超过3.6V。