系统设计人员既能用电流反馈运算放大器，也能选择电压反馈运算放大器，到底如何决定呢？我们将讨论每种放大器最合适的应用，说明为什么某些应用不适合某种放大器。我们通过设计样例介绍广泛采用的电路，其中包括新兴全差动放大器(FDA，一款独特的电压反馈器件)，说明这种器件在什么情况下最适用。

　　放大器的选择标准

　　就任何给定应用而言，我们可从多种可能的运算放大器中进行选择。其中主要有两种类型，即电压反馈 (VFB) 运算放大器与电流反馈运算放大器 (CFB)，二者之间存在明显的内在差别，因此分别适应于不同类型的应用。FDA是一款新型的运算放大器，其采用输出共模控制环路，它适用的应用类型既与典型的电压反馈放大器相同，又包括一些专门的应用。

　　在决定采用哪种类型的放大器之前，我们先要考虑设计的输出信号要求，如所需的最大输出Vpp与输出电流以及负载类型等。此外，我们还要考虑诸如稳定时间、全功率带宽或失真要求等必要的动态特性。这样，我们不仅可以根据这些要求缩小备选放大器的范围，而且还可根据所需输出Vpp的要求采用适当的电源电压范围。随后，我们再根据所需的输出动态范围确定最小的电源电流，从而进一步缩小选择范围。通常说来，CFB 对高频动态范围需求而言能实现最佳功率效率，而VFB则能实现更好的噪声性能，是某些特定类型电路的首选。

　　电压与电流反馈运算放大器的内部比较

　　为了了解为什么某些电路采用某种类型的放大器会运行得更好，我们必须了解各种放大器的内部拓扑结构，进而得出相关传输函数。首先，我们不妨来比较一下用环路增益格式编写的 Laplace 传输函数这一简单的表达式。图 1 显示了 VFB 的内部结构图以及内部模型与闭环传输函数。

　　传输函数包括分母中的环路增益 (LG) 项，其决定频率响应。我们可在相同的坐标轴上绘制 20*Log (A(s)) 与 20*Log(1+R2/R1) 方程式的曲线来了解上述特性。曲线图中的关键问题包括：1) 低频上两条曲线的分离(环路增益的大小)；以及2) 两条曲线在频率多大时相交。有时我们把交叉点称为环路增益交越，这时传输函数的分母项降至 1 + 1e-jθ (其中jθ为表达式的角度)。我们应当注意，该角度与-180度有很大差异，以避免闭环震荡或出现峰值。假定简单的单极响应为A(s)，那么两项的环路增益图如图2 所示。

　　其中，我们假定 1+RF/RG不会对环路增益添加相位的影响，只有开环相位发挥作用。从图中的环路增益交越频率映射，我们可以了解到该频率上的剩余相补角。

　　请注意，我们不可能在不改变环路增益特性的情况下改变信号增益。这时，我们有必要引入增益带宽乘积 (GBP) 的理念。如果增益增加，带宽必然下降。如果增益下降，带宽则上升，而相补角通常会缩小。

　　相反，CFB 运算放大器有着不同的内部工作机制。图 3 显示了反相配置情况下的结构图与闭环传输函数。

　　CFB 在两个输入上采用单位增益缓冲器，使反相节点电压强制遵循非反相输入电压。缓冲器向反相端口提供了低阻抗，在此可感应到较低的误差电流，并通过互阻抗增益传给输出。此增益为Z(s)，其工作机制与 VFB A(s) 相同，通过主导极点提供高 DC 增益。闭环时，我们也能获得所需的增益；但环路增益项差别很大。CFB放大器的环路增益由正向互阻抗增益设置，而不是反馈阻抗。图 4 显示了典型的CFB 放大器的环路增益与相位的情况。

　　该图与VFB曲线图很相似，不过只需要反馈阻抗这一外部元件就可进行环路增益设置。VFB 与 CFB放大器的最大差别在于，CFB 可将环路增益与信号增益分别进行设置。反馈阻抗成为独立的补偿元件，而不管选择什么阻抗值，增益都能用正常增益公式设置。这种方法通常称为 CFB 放大器的“增益带宽独立性”。

　　我们要讨论的最后一种放大器类型就是新型的全差动放大器(FDA)。图 5 显示了这种放大器的配置与闭环传输函数。

　　如果我们允许两个反馈网络不匹配，那么传输函数就会相当复杂。如果分压比相匹配(如图 5 所示)，那么公式就能简化成与反相 VFB 传输函数一样(独立共模环路的效果未显示)。该环路为平均输出电压提供伺服服务，其值由 VCM 输入引脚电压设置。这里，我们将 FDA 作为差动 VFB 器件处理。

　　应用要求

　　宽带运算放大器的可能应用范围非常广泛，其中有些应用适合用 VFB 器件。但在设计有关电路时通常会考虑到是否适合采用 CFB 器件，当然，这常常会影响性能。如果电路要求反馈元件和/或反馈电容提高灵活性，那么采用 CFB 器件就会造成稳定性问题。同样，这种不稳定问题是环路增益造成的，具体取决于反馈阻抗。

　　因此，只要电路需要阻抗方面具备较高的灵活性且采用 CFB 放大器，就必须考虑频率响应问题。

　　I.有关示例在实施时应采用 VFB 器件：
 
　　a. 互阻抗放大器—这种电路通常从电容源获得电流源输入，并将其转化为输出电压。反馈电阻器为增益元件，通常需要并联的补偿电容，以进行校正工作。图 6 给出了采用 OPA657 的示例，这是一款高带宽 JFET 输入器件，专门适用于互阻抗应用。 

　　b. 基于集成器的电路—这种电路需要电容反馈来执行集成器功能。多反馈(MFB) 有源滤波器就是一个很好的例子。图 7 给出了采用 OPA820 的示例，这是一款低噪声宽带电压反馈运算放大器，专门适用于基于集成器的电路应用。

　　II.上述电路给出了需要采用VFB器件的有关应用情况。而还有一些应用则得益于电流反馈拓扑所提供的独特特性。这类应用需要发挥CFB拓扑独立于增益带宽的优势。

　　a. 如果反相求和放大器的带宽与总的通道数量或通道中的增益无关，那么这种情况下，CFB 放大器最适用。图 8 显示了采用高电压与输出电流 THS3091 的方案。在这种设计中，我们选择最接近放大器建议值的反馈电阻，再根据通道所需的增益选择每个输入电阻。要记住，采用 VFB 的电路，其带宽由 NG 设置。举例来说，5 个通道加上 1 个负增益的通道，那么噪声增益将为 6。这使所有 5 个通道的带宽都降为GBP/6，尽管每个信号的增益仅为负一。这里，我们采用 CFB 可更好地保持带宽，因为所有增益电阻并联不会对带宽计算方程式造成很大影响。

　　b. 如果增益需要调节，那么 CFB 放大器最适用，因为这种放大器在进行调节时能减少带宽的改变。图 9 给出了一种非反相设计方案，我们进行调节配置，对高输出电流 OPA691 进行 2V～4V/V 的增益微调。在上述 CFB 电路中，我们根据特定CFB器件的建议值选择并确定反馈电阻，然后只用该增益元件来进行调节或频率响应定型。

　　III.全差动放大器实际是增加输出共模控制环路的 VFB 器件。以上所有需要 VFB器件的应用都适用于经过差动信号路径调节的 FDA 器件。不过，与标准的VFB 实施方案相比，FDA 解决方案至少对两类应用电路极具吸引力。

　　a.  FDA 器件最适用于 DC 耦合单端输入至差动输出且带输出共模控制的电路。这种设计中，需要考虑的重要因素之一就是在 FDA 电路各侧匹配反馈分压比。此外，我们必须认识到，共模控制环路通过在反馈路径中设置共模电流，从而得到输入至输出的电平转变。因此，电源必须能够吸入或输出 DC 共模电流。图 10 显示了采用 THS4511 的电路示例。THS4511 是一款高带宽单 5V 电源 FDA 器件，在输入共模范围中包括接地。该特性使 THS4511 特别适用于转换单端接地参考信号，该信号只在差动输出接地电压上方围绕共模电压摆动。

　　b. 极低失真差动输入至差动输出电路也受益于 FDA 拓扑。如果需要较低的IF，应通过适当的静态功率级实现最佳三阶互调乱真信号抑制，这时，变压器耦合 FDA 实施方案能够实现极低的噪声与谐波。图 11 显示了采用极高带宽的 THS4509 的示例。这时，噪声约为 8.2dB (来自 50Ω 噪声源)，且在 2 Vpp 输出、频率为 70 MHz 的情况下，也能提供高于 100dB 的动态范围。

　　结语

　　目前，电路设计人员可在丰富的高性能宽带运算放大器中进行选择。新型器件稳步发展，性能不断提高，在提高速度的同时还能优化功耗。就可调节或电容式反馈元件而言，我们青睐于电压反馈或全差动器件。如果低功耗实施方案要求实现增益灵活性或频率响应定型，而 DC 精确度的重要性不高的话，那么我们首选电流反馈器件。在众多应用中，我们要根据速度与功耗的平衡、噪声以及DC精确度等决定因素来进行选择，确定是采用 VFB 还是采用 CFB 器件。

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