特征

●大信號(hào)帶寬：150MHz（AP），200MHz（AU）（電壓反饋）

●高輸出電流：±70mA

●轉(zhuǎn)換速率：1500V/μs（AP），1700V/μs（AU）

●差分增益：0.15%

●差相：0.08°

●卓越的帶寬/電源電流比：200MHz/5mA

●低輸入偏置電流：–1.2μA

應(yīng)用

●廣播/高清電視設(shè)備

●通信

●脈沖/射頻放大器

●有源濾波器

●高速模擬信號(hào)處理

●倍增器輸出放大器

●數(shù)字視頻信號(hào)的微分器

說(shuō)明

OPA622是一個(gè)單片放大器組件，設(shè)計(jì)用于精密寬帶系統(tǒng)，包括高分辨率視頻、射頻和中頻電路以及通信設(shè)備。它包括單片集成電流反饋運(yùn)算放大器塊和電壓緩沖塊，兩者組合后形成電壓反饋運(yùn)算放大器。

當(dāng)作為電流反饋放大器組合時(shí)，它在±2.5V輸出電平下提供280MHz的大信號(hào)帶寬和1700V/μs的轉(zhuǎn)換速率。輸出緩沖級(jí)可輸出±70mA的輸出電流。高輸出電流能力允許OPA622以±3V的輸出擺幅驅(qū)動(dòng)兩條50Ω或75Ω線路，使其具有射頻、中頻和視頻應(yīng)用的低差分增益/相位誤差的理想選擇。

反饋緩沖級(jí)提供700MHz帶寬、極高的轉(zhuǎn)換率和非常短的信號(hào)延遲時(shí)間。它主要用于級(jí)間緩沖，而不是驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)電纜。當(dāng)與電流反饋放大器部分結(jié)合時(shí)，OPA622可作為具有兩個(gè)相同高阻抗的電壓反饋放大器互連輸入。輸入這種配置具有低共模增益、低輸入偏移，并且由于附加反饋緩沖器的延遲時(shí)間，與當(dāng)前反饋配置相比，帶寬的減少。與“經(jīng)典”運(yùn)算放大器不同，OPA622在較寬的增益和輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了幾乎恒定的帶寬。ROG的開(kāi)環(huán)增益外部設(shè)置避免了一個(gè)大的補(bǔ)償電容，提高了轉(zhuǎn)換率，并允許頻率響應(yīng)適應(yīng)各種增益和負(fù)載條件。

骰子信息

典型性能曲線

電壓反饋放大器（圖5）

VCC=±5V，IQ=±5mA，GCL=+2V/V，RLOAD=100Ω，RSOURCE=50Ω，RQ=430Ω，ROG=150Ω，TA=+25°C，除非另有規(guī)定。

輸入保護(hù)

對(duì)于MOSFET器件來(lái)說(shuō)，防止靜電損傷的必要性早已得到公認(rèn)，但是所有的半導(dǎo)體器件都應(yīng)該受到這種潛在的破壞源的保護(hù)。OPA622集成了片內(nèi)ESD保護(hù)二極管，如圖1所示。這些二極管不需要外部保護(hù)二極管，這會(huì)增加電容并降低交流性能。

如圖所示，OPA622的所有輸入管腳都通過(guò)一對(duì)背靠背的反向偏置二極管對(duì)任一電源進(jìn)行內(nèi)部ESD保護(hù)。當(dāng)輸入電壓超過(guò)任一電源約0.7V時(shí)，這些二極管開(kāi)始導(dǎo)通。當(dāng)信號(hào)源仍然存在時(shí)，放大器失去電源時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。二極管通常可以承受30mA的連續(xù)電流而不會(huì)損壞。然而，為了確保長(zhǎng)期可靠性，二極管電流應(yīng)盡可能從外部限制在10mA左右。

內(nèi)部保護(hù)二極管的設(shè)計(jì)可承受2.5kV（使用人體模型），并將為大多數(shù)正常操作過(guò)程提供足夠的ESD保護(hù)。然而，靜態(tài)損壞可能會(huì)導(dǎo)致放大器輸入特性的細(xì)微變化，而不一定會(huì)損壞設(shè)備。在精密放大器中，這種變化會(huì)顯著降低偏移和漂移。因此，在處理OPA622時(shí)，強(qiáng)烈建議采取防靜電措施。

性能討論

OPA622提供了以前在單片設(shè)備中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的全功率帶寬。此外，放大器的工作靜態(tài)減少。OPA622設(shè)計(jì)的靈活性提供了電流反饋放大器的速度優(yōu)勢(shì)或電壓反饋放大器的精度優(yōu)勢(shì)。可編程靜態(tài)電流特性也有助于使放大器適應(yīng)特定的設(shè)計(jì)要求。

圖2顯示了OPA622的簡(jiǎn)化電路圖。它包含四個(gè)主要部分：偏置電路、OTA、輸出緩沖器和反饋緩沖器。

偏壓電路

偏置電路控制信號(hào)處理級(jí)的靜態(tài)電流，允許使用從引腳2連接到–VCC的電阻RQ設(shè)置外部靜態(tài)電流，設(shè)置放大器的跨導(dǎo)，并利用其溫度特性，在溫度范圍內(nèi)保持恒定的跨導(dǎo)。靜態(tài)電流控制小信號(hào)帶寬和交流行為。OPA622規(guī)定的靜態(tài)電流為±5mA，RQ=430Ω。建議范圍為±3毫安至±8毫安。

應(yīng)用電路通常不顯示電阻RQ，但它是正常工作所必需的。

在固定的RQ下，靜態(tài)電流隨溫度增加（見(jiàn)典型的性能曲線）。靜態(tài)電流隨溫度的變化使帶寬和交流行為與溫度相對(duì)恒定。也可以通過(guò)外部控制信號(hào)或電路改變靜態(tài)電流。圖3顯示了使用TTL兼容邏輯電平禁用OPA622的電路。0V/5V邏輯電平轉(zhuǎn)換成1mA/0mA電流連接到引腳2。流入RQ的電流將引腳2處的電壓增加至–VCC軌上方約1V，從而將IQ降至接近零，并禁用OPA622。

OTA和輸出緩沖區(qū)部分

運(yùn)算跨導(dǎo)放大器（OTA）和輸出緩沖器是電流反饋放大器的基本組成部分。OPA622的電流反饋配置如圖4所示。OTA由互補(bǔ)發(fā)射極跟隨器和后續(xù)的互補(bǔ)電流鏡組成。高阻抗+In端子處的電壓以低阻抗傳輸?shù)紹UF+輸入/輸出端子。如果電流流入或流出BUF+終端，互補(bǔ)鏡將電流反射到OTA終端。高阻抗OTA終端的電流由+In和BUF+端子之間的電壓與跨導(dǎo)的乘積決定。輸出緩沖區(qū)部分是由互補(bǔ)發(fā)射極跟隨器組成的開(kāi)環(huán)緩沖器。它設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)電纜或低阻抗負(fù)載。緩沖器輸出不受電流限制或保護(hù)。如圖4所示，電流反饋放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于VOUT和BUF+端子之間。圖8說(shuō)明了電流反饋配置的各種輸出電壓的帶寬。

反饋緩沖區(qū)

OPA622的這一部分是與OTA部分的輸入緩沖器相同的互補(bǔ)發(fā)射極跟隨器。它設(shè)計(jì)用于級(jí)間緩沖，而不是驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)電纜或低阻抗負(fù)載。將反饋緩沖器用作獨(dú)立設(shè)備時(shí)，建議最小負(fù)載電阻為500Ω。反饋緩沖器輸出不受電流限制或保護(hù)。反饋緩沖區(qū)的帶寬如圖7所示。

配置

電壓反饋放大器

OPA622的內(nèi)部設(shè)計(jì)不同于“經(jīng)典”運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)，但它仍然可以用于所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器應(yīng)用。與傳統(tǒng)運(yùn)算放大器一樣，與反向輸入相連的反饋網(wǎng)絡(luò)控制閉環(huán)增益（GCL）。但在OPA622中，電阻ROG同時(shí)適應(yīng)閉環(huán)增益，優(yōu)化了頻率響應(yīng)和穩(wěn)定性。

“經(jīng)典”差分輸入級(jí)由兩個(gè)相同的晶體管和一個(gè)發(fā)射極退化電阻器、兩個(gè)電流源和一個(gè)有源負(fù)載二極管組成。然而，經(jīng)典的配置限制了通過(guò)增益晶體管的電流，以電流源提供的電流為準(zhǔn)。

在新的設(shè)計(jì)中，一個(gè)互補(bǔ)的推挽緩沖器（射極跟隨器）取代了差分級(jí)的一側(cè)，而沒(méi)有0.7V的偏移。反饋緩沖器作為第二個(gè)互補(bǔ)發(fā)射極跟隨器，在輸出端之間連接開(kāi)環(huán)增益電阻ROG，再現(xiàn)了差分級(jí)，沒(méi)有經(jīng)典設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)。對(duì)增益晶體管底部寄生電容充電的電流不再局限于電流源的固定電流，而是與輸入信號(hào)成正比。這種改進(jìn)的結(jié)果是大約10倍更好的轉(zhuǎn)換率。

通過(guò)其中一個(gè)緩沖器的增益晶體管的放大電流被鏡像成輸出電流。OTA的高阻抗輸出現(xiàn)在由高電流輸出級(jí)緩沖，該級(jí)設(shè)計(jì)用于在滿(mǎn)功率下驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)電纜或低阻抗負(fù)載。

相同的輸入緩沖器將輸入偏移減小到通常小于±7μV。閉環(huán)輸出偏移通常是由于OTA鏡像中的NPN和PNP晶體管在輸出偏置電流被修整后不匹配而引起的。

圖5說(shuō)明了互補(bǔ)電路設(shè)計(jì)中電壓反饋運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。反饋緩沖器和OTA輸入緩沖器構(gòu)成差分輸入。插入反饋緩沖區(qū)將圖4所示的電流反饋轉(zhuǎn)換為圖5所示的電壓反饋。

電阻ROG設(shè)置開(kāi)環(huán)增益，并對(duì)應(yīng)于經(jīng)典差分級(jí)中的發(fā)射極退化電阻器。由于ROG電阻可以在外部變化，因此可以在廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平坦的頻率響應(yīng)，而無(wú)需使用電容器對(duì)放大器進(jìn)行補(bǔ)償。與電流反饋放大器相比，可以使用反饋電阻調(diào)整閉環(huán)增益，并使用ROG獨(dú)立地調(diào)整開(kāi)環(huán)增益以?xún)?yōu)化頻率響應(yīng)。

與“經(jīng)典”運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)不同的是，OPA622的結(jié)構(gòu)使其能夠獲得幾乎恒定的帶寬，以實(shí)現(xiàn)不同的閉環(huán)增益，以及改進(jìn)的頻率響應(yīng)和大信號(hào)行為。此外，與電流反饋運(yùn)算放大器不同的是，它提供了兩個(gè)相同的高阻抗輸入，較低的輸入偏移值，以及改進(jìn)的共模抑制比。

電流反饋放大器

圖4顯示了當(dāng)前的反饋配置。反饋回路從輸出到OTA段的BUF+終端閉合。沒(méi)有反饋緩沖區(qū)的較短反饋回路產(chǎn)生了更寬的當(dāng)前反饋概念帶寬。通過(guò)反饋緩沖器的附加信號(hào)延遲時(shí)間決定了電壓和電流反饋之間交流性能的差異。

偏移電壓、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和穩(wěn)定時(shí)間的規(guī)格是更高速度的折衷。

電流反饋放大器的開(kāi)環(huán)增益直接隨閉環(huán)增益變化，并且可以通過(guò)改變R2 | | R1的大小來(lái)調(diào)整。對(duì)于小于10V/V的增益，可以調(diào)整開(kāi)環(huán)增益以獲得與增益無(wú)關(guān)的帶寬，但是當(dāng)二階效應(yīng)開(kāi)始占主導(dǎo)地位時(shí)，這種調(diào)整的效果就會(huì)受到限制。

圖6給出了OPA622逆變和非逆變放大器配置的概述，并顯示了閉環(huán)增益的方程式。

最佳頻率響應(yīng)調(diào)整

傳統(tǒng)的電壓反饋運(yùn)算放大器使用一個(gè)補(bǔ)償電容器來(lái)穩(wěn)定單位增益操作。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，靜態(tài)電流對(duì)電容器進(jìn)行充電和放電，兩個(gè)參數(shù)根據(jù)以下條件確定轉(zhuǎn)換率：

這種方法不適用于寬帶運(yùn)算放大器。根據(jù)增益帶寬積，轉(zhuǎn)換速率和大信號(hào)行為顯著降低，帶寬隨著閉合環(huán)路增益的增加而減小。

帶有外部補(bǔ)償電容的放大器允許相對(duì)于閉環(huán)增益進(jìn)行最佳頻率調(diào)整，但并不能顯著改善大信號(hào)行為。最有效的解決方案是使開(kāi)環(huán)增益（GOL）在外部可調(diào)。

廣泛使用的電流反饋運(yùn)算放大器采用實(shí)互補(bǔ)電路技術(shù)設(shè)計(jì)，克服了內(nèi)部補(bǔ)償電容，允許反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)定開(kāi)環(huán)增益。反饋電阻的比值決定了低頻閉環(huán)增益，并聯(lián)阻抗決定了放大器穩(wěn)定工作和平坦頻率響應(yīng)的開(kāi)環(huán)增益。一個(gè)幾乎恒定的帶寬可以在很寬的閉環(huán)增益范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。然而，電流反饋運(yùn)算放大器存在輸入不一致、輸入偏移和共模抑制比差等問(wèn)題。電壓反饋運(yùn)算放大器OPA622的互補(bǔ)拓?fù)渚哂袃蓚€(gè)相同的高阻抗輸入、較低的輸入偏移值和改進(jìn)的CMRR。反饋電阻的比率決定了低頻閉環(huán)增益，外部電阻ROG設(shè)置了開(kāi)環(huán)增益，以在較寬的閉環(huán)增益范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平坦的頻率響應(yīng)。由于可以選擇ROG，因此即使負(fù)載電容更大，優(yōu)化的脈沖響應(yīng)也是可能的。OPA622將互補(bǔ)放大器設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)功能與電壓反饋系統(tǒng)的精度結(jié)合起來(lái)。

圖9所示的混合模型描述了非補(bǔ)償寬帶差分運(yùn)算放大器的交流特性。圖10所示的各種ROG值的開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)由兩個(gè)時(shí)間常數(shù)確定。電流源輸出和輸出緩沖器之間的元件R和COTA構(gòu)成第一個(gè)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)TC。在輸出緩沖器中模擬的信號(hào)延遲時(shí)間TD結(jié)合了幾個(gè)小的相移時(shí)間常數(shù)和延遲時(shí)間。它們分布在整個(gè)放大器中，也存在于反饋回路中。如圖10所示，增加ROG會(huì)導(dǎo)致開(kāi)環(huán)增益減小。開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)TC和TD的比值也決定了最佳閉環(huán)頻率響應(yīng)的乘積GOL•GCL。

TC和TD由運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)固定。ROG現(xiàn)在的目的是改變GOL與GCL，以保持產(chǎn)品GOL•GCL恒定，這是獲得最佳和增益獨(dú)立頻率響應(yīng)的理論條件。圖11總結(jié)了一些最佳的平面閉環(huán)響應(yīng)，并指出了ROG值。需要注意的是，帶寬保持相對(duì)恒定，并且ROG在低閉環(huán)增益時(shí)具有最高值（低開(kāi)環(huán)增益）。隨著開(kāi)環(huán)增益的增加，諧波失真也得到改善。圖12顯示了OPA622在GCL=+2V/V和可變ROG下的頻率響應(yīng)，以證明其對(duì)平坦頻率響應(yīng)的影響。ROG的微小變化可能需要補(bǔ)償負(fù)載電容。在負(fù)載電容的大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳脈沖響應(yīng)是可能的，而不會(huì)出現(xiàn)過(guò)沖和振鈴。例如，圖13顯示了最佳ROG值與+2V/V增益（GCLO）下負(fù)載電容的選擇曲線。

熱因素

OPA622在大多數(shù)環(huán)境下都不需要散熱器。不過(guò)，散熱片會(huì)降低內(nèi)部熱升，從而使其工作更涼爽、更可靠。在極端溫度和滿(mǎn)載條件下，散熱器是必要的。內(nèi)部功耗由公式PD=PDQ+PDL給出，（PDQ是靜態(tài)功耗，PDL是輸出級(jí)因負(fù)載而產(chǎn)生的功耗）。盡管PDQ非常低（VCC=±5V時(shí)為50mW），但應(yīng)小心當(dāng)信號(hào)被應(yīng)用時(shí)。對(duì)于高速運(yùn)算放大器，確定功耗的更精確方法是測(cè)量幾種典型負(fù)載條件下的平均總靜態(tài)電流。OPA622的功耗受信號(hào)類(lèi)型和頻率、輸出電壓和負(fù)載電阻以及信號(hào)轉(zhuǎn)換的重復(fù)率的影響。圖14顯示了不同輸出電壓下總平均電源電流與施加正弦波頻率的關(guān)系。圖15顯示了總靜態(tài)電流與應(yīng)用方波信號(hào)重復(fù)頻率的關(guān)系。

電路布局

印刷電路板的物理布局會(huì)極大地影響OPA622的高頻性能。以下是絕對(duì)的建議。這些都是典型的高帶寬、低帶寬、低帶寬的問(wèn)題。

•旁路電源非常靠近設(shè)備引腳。使用鉭片式電容器（約2.2μF）和并聯(lián)470pF陶瓷片式電容器。建議使用表面貼裝式，因?yàn)樗鼈兊囊€電感較低。

•電源線的PC板痕跡應(yīng)較寬，以減少踏板。

•制作短、低電感軌跡。整個(gè)生理循環(huán)應(yīng)盡可能小。

•在部件側(cè)使用低阻抗接地板，以確保整個(gè)布局中都有低阻抗接地。

•將ROG電阻器盡可能靠近包裝，并使用盡可能短的跡線長(zhǎng)度。

•不要將接地層延伸到對(duì)雜散電容敏感的高阻抗節(jié)點(diǎn)上，如放大器的輸入和ROG端子。

•不建議使用插座，因?yàn)樗鼈儠?huì)增加顯著的電感和寄生電容。如果需要插座，請(qǐng)使用零剖面無(wú)焊插座。

•使用低電感、表面安裝組件，以防交流性能。

•嚴(yán)格建議使用電阻（50Ω至330Ω）與高阻抗輸入串聯(lián)，以確保穩(wěn)定運(yùn)行。

•插入式原型板和繞線板將無(wú)法正常工作。一個(gè)干凈的布局使用射頻技術(shù)是必不可少的。

推薦組件值

表一總結(jié)了最佳平坦頻率響應(yīng)的建議分量值。使用100Ω負(fù)載電阻和2pF負(fù)載電容確定建議值。可能需要對(duì)電路值進(jìn)行一些調(diào)整，尤其是在負(fù)載電容較高的情況下。根據(jù)圖12所示的行為，當(dāng)ROG減小時(shí)，頻率響應(yīng)將出現(xiàn)峰值，當(dāng)ROG增加時(shí)，頻率響應(yīng)將逐漸衰減。COTA電容器負(fù)責(zé)第一個(gè)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，需要一個(gè)小的外部電容器來(lái)獲得+1V/V和+2V/V的增益，以保證穩(wěn)定運(yùn)行。封裝引腳、內(nèi)部引線框架和連接線構(gòu)成諧振電路。在150Ω到390Ω范圍內(nèi)的電阻器與所有高阻抗輸入串聯(lián)將阻尼與封裝相關(guān)的諧振電路。此外，反饋電阻器R1與逆變高阻抗輸入串聯(lián)。DIP封裝建議R1≥330Ω，SO封裝建議R1≥150Ω。

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