Los amplificadores de alta velocidad de bajo coste hacen que los amortiguadores de reloj sean flexibles

En las aplicaciones de electrónica de consumo, que suelen ser de menor frecuencia y menos exigentes que las típicas aplicaciones de búferes de reloj, los amplificadores operacionales de alta velocidad de bajo coste (~100 MHz de ancho de banda) pueden constituir una alternativa atractiva a los búferes de reloj tradicionales. Los amplificadores de alta velocidad pueden ser menos costosos que los amortiguadores de reloj tradicionales, pero pueden adaptarse a una amplia gama de configuraciones de diseño.

Los amplificadores operacionales ADA4850 (-1/-2), ADA4851 (-1/-2/-4), ADA4853 (-1/-2/-3) y AD8061 de alimentación única son excelentes opciones para los amortiguadores de reloj de bajo coste. Todos estos amplificadores se caracterizan por su baja tensión de alimentación, su baja corriente de alimentación, su modo de desconexión para aplicaciones sensibles a la energía y sus salidas de carril a carril, que permiten un amplio rango dinámico.

Una de las ventajas de un amplificador operacional sobre un búfer de reloj tradicional es la flexibilidad. Los amplificadores operacionales pueden amortiguar, amplificar, compensar, invertir, sumar, restar o filtrar pulsos de reloj. Ofrecen alta impedancia de entrada, baja corriente de polarización de entrada, baja corriente de alimentación, apagado independiente (para varios amplificadores en un mismo paquete), baja impedancia de salida y bajo retardo de propagación.

Los diseñadores deben reconocer y respetar ciertas limitaciones de funcionamiento al utilizar amplificadores operacionales en aplicaciones de búfer de reloj. Por ejemplo, los amplificadores de retroalimentación de tensión especifican un producto de ancho de banda de ganancia. A medida que aumenta la ganancia de bucle cerrado del circuito amplificador, disminuye su ancho de banda. Por lo tanto, grandes ganancias significan un menor ancho de banda. La conexión en cascada de varios amplificadores, cada uno con una ganancia menor, permite que el amplificador funcione con un mayor ancho de banda, preservando así la ganancia y el ancho de banda globales de la ruta de la señal.

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El funcionamiento con una sola fuente de alimentación es importante para los dispositivos electrónicos portátiles. Por definición, el rango de modo común de entrada de un amplificador óptico de una sola fuente incluye el carril negativo (tierra); la mayoría puede llegar a 200 mV por debajo de tierra. Esto no significa que la salida pueda ir por debajo del suelo. La etapa de salida de un típico amplificador bipolar de carril a carril utiliza una configuración de emisor común. Por lo tanto, la salida más cercana al raíl es Vce (sat), que puede oscilar entre decenas de milivoltios y cientos de milivoltios, según la carga de salida.

Afortunadamente, en estas aplicaciones, la salida no suele tener que oscilar a tierra. Sin embargo, cuando la entrada está demasiado cerca de tierra (unos 100 mV – 200 mV), la etapa de salida puede saturarse, introduciendo distorsión y largos tiempos de recuperación. En los sistemas acoplados a la corriente continua, mantén el «fondo» de la señal por encima de 200 mV o utiliza una tensión de alimentación negativa de -200 mV. Cualquiera de los dos métodos evitará que la etapa de salida entre en saturación.

Los amplificadores también tienen un margen de seguridad, es decir, pueden acercarse al carril positivo. Por lo tanto, hay que tener cuidado en el extremo superior del rango de modo común de entrada. Si la tensión de entrada es demasiado alta, la etapa de entrada se distorsiona y se corta. El ADA4850 y el ADA4851 necesitan un margen de seguridad de 2,2 V, el AD8061 1,8 V y el ADA4853 sólo 1,2 V.

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La figura 1 muestra un búfer de reloj de amplificador operacional no inversor de una sola alimentación con una ganancia de +2. La figura 2 muestra su respuesta transitoria. Tal como está configurado, el límite superior del AD8061 es de unos 33 MHz. Su retardo de propagación de 2 ns es comparable al de algunos amortiguadores de reloj dedicados.

Figura 1: Buffer de reloj de amplificador operacional no invertido
Figura 2
Figura 2: Respuesta transitoria de G = +2 a 33 MHz

En algunas aplicaciones, se puede utilizar el acoplamiento de CA, lo que permite el uso de amplificadores de mayor ancho de banda para un mayor rendimiento de la frecuencia. Estos amplificadores pueden utilizarse en aplicaciones de una sola alimentación, polarizando las entradas y salidas del amplificador a media alimentación.

La figura 3 muestra un esquema con el amplificador de alta velocidad AD8057. Con un ancho de banda de 325 MHz y una velocidad de giro de 1150 V/μs, está configurado para una ganancia unitaria. Ten en cuenta que la resistencia de la carga está referenciada a una tensión que es la media de CC de la señal de entrada. Esto asegura que la salida estará referenciada a tierra. El rango de funcionamiento superior de esta configuración es de aproximadamente 100 MHz. La figura 4 muestra la respuesta del reloj. Observa que se mantiene una buena fidelidad de pulso a 90 MHz.

Figura 3
Figura 3: Buffer de reloj acoplado a la CA (ganancia unitaria)
Figura 4
Figura 4: Respuesta transitoria del buffer de reloj acoplado a la CA

Como se muestra en la figura, cuando un diseño requiere un búfer de reloj, un amplificador de alta velocidad puede proporcionar a menudo más flexibilidad a un coste menor, lo que permite que los amplificadores de alta velocidad compitan con los búferes de reloj tradicionales en muchas aplicaciones. Se pueden utilizar amplificadores de alimentación simples o dobles, según la aplicación específica.

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