特征

●>1MHz跨阻帶寬

●良好的長期VOS穩(wěn)定性

●偏置電流：50pA（最大）

●偏移電壓：25μV（最大）

●動態(tài)范圍：4到50年

●漂移：0.1μV/°C（最大值）

●增益帶寬：90MHz

●靜態(tài)電流：7.5mA

●電源范圍：2.7V至5.5V

●單一和雙重版本

●微型包裝：MSOP-8

應用

●光電二極管監(jiān)控

●精密I/V轉換

●光放大器

● CAT-SCANNER前端

說明

OPA380系列跨阻放大器提供高速（90MHz增益帶寬[GBW]）操作，具有極高的精度、出色的長期穩(wěn)定性和非常低的1/f噪聲。它是高速光電二極管應用的理想選擇。OPA380具有25μV的偏置電壓，0.1μV/°C的偏置電流，50pA的偏置電流。OPA380遠遠超過傳統(tǒng)JFET運算放大器所提供的偏移、漂移和噪聲性能。

跨阻放大器的信號帶寬在很大程度上取決于放大器的GBW、光電二極管的寄生電容以及反饋電阻。OPA380的90MHz GBW在大多數配置中可實現大于1MHz的跨阻帶寬。OPA380是光纖功率級快速控制回路的理想選擇。

由于OPA380的高精度和低噪聲特性，可實現4到50年的動態(tài)范圍。例如，該能力允許在單個I/V轉換級中測量1nA量級的信號電流，最高可達100μA。與對數放大器相比，OPA380在整個動態(tài)范圍內提供非常寬的帶寬。通過使用一個外部下拉電阻到-5V，輸出電壓范圍可以擴展到包括0V。

OPA380（單）有MSOP-8和SO-8封裝。OPA2380（雙）可在微型MSOP-8封裝中使用。規(guī)定溫度范圍為-40°C至+125°C。

OPA380相關設備

引腳分配——俯視圖

注：（1）、NC表示無內部連接。

典型特性：VS=+2.7V至+5.5V

除非另有說明，否則在TA=+25°C，RL=2kΩ連接到VS/2，且VOUT=VS/2時的所有規(guī)格。

應用程序信息

基本操作

OPA380是一種高性能的跨阻放大器，具有非常低的1/f噪聲。由于其獨特的結構，OPA380具有良好的長期輸入電壓偏移穩(wěn)定性，150°C下300小時的壽命試驗表明隨機分布的變化大約等于1μV的測量重復性。

OPA380的性能來自內部自動調零放大器與高速放大器的結合。與傳統(tǒng)的復合方法相比，OPA380的電路設計提高了過載恢復和穩(wěn)定時間。它經過專門設計和特點，以適應電路選項，以允許0V輸出操作（見圖3）。

OPA380用于反轉配置，非反轉輸入用作固定偏置點。圖1顯示了典型配置中的OPA380。電源插腳應使用1μF陶瓷或鉭電容器繞過。不建議使用電解電容器。

工作電壓

OPA380系列運算放大器在−40°C至+125°C的溫度范圍內完全規(guī)定為2.7V至5.5V。隨工作電壓或溫度而顯著變化的參數顯示在典型特性中。

內部偏移校正

OPA380系列運算放大器采用自動調零拓撲，信號通路中有一個時間連續(xù)的90MHz運算放大器。該放大器采用專有技術每100μs進行零點校正。通電后，放大器需要大約400μs才能達到指定的VOS精度，包括大約100μs的一個完整的自動歸零周期和偏置電路的啟動時間。在此之前，放大器將正常工作，但未指定偏置電壓。

這種設計幾乎沒有混疊和非常低的噪音。零校正發(fā)生在10kHz的頻率，但由于內部濾波，在該頻率下幾乎沒有基本噪聲能量。對于所有的實際用途，任何故障的能量為20兆赫或更高，并很容易過濾，如果需要。大多數應用對這種高頻噪聲不敏感，不需要濾波。

輸入電壓

OPA380系列的輸入共模電壓范圍從V−擴展到（V+）-1.8V。當輸入信號高于此共模范圍時，放大器將不再提供有效的輸出值，但不會鎖定或反轉。

輸入過壓保護

設備輸入由ESD二極管保護，當輸入電壓超過電源電壓約500毫伏時，該二極管將導通。如果電流限制在10毫安，則可以容忍超過電源500毫伏的瞬時電壓。OPA380系列的特點是，當輸入超出電源時，如果輸入是電流限制，則無相位反轉。

輸出范圍

OPA380被指定在至少600毫伏正軌和100毫伏負軌電壓范圍內擺動，負載為2kΩ，具有良好的線性度。擺向負軌的同時保持良好的線性度，可延伸至0V見截面，實現輸出擺對地。見典型特性曲線，輸出電壓擺幅與輸出電流。

OPA380的擺幅比規(guī)定的正軌稍近；但是，線性度會降低，高速過載恢復鉗位限制了可用的正輸出電壓擺幅量，如圖2所示。

過載恢復

OPA380被設計成防止輸出飽和。在過度驅動至正軌后，它通常只需要100ns就可以恢復線性運行。負過載恢復所需的時間更長，除非使用連接到更負電源的下拉電阻器將輸出擺幅一直延伸到負軌參見下一節(jié)，實現輸出擺幅到地。

實現輸出擺地

有些應用要求輸出電壓從0V擺幅到正滿標度電壓（如+4.096V），精度高。對于大多數單電源運放，當輸出信號接近0V，接近單電源運放輸出擺幅下限時，就會出現問題。一個好的單電源運算放大器可能在接近單電源接地的情況下擺動，但不會達到0伏。

OPA380的輸出可以在一個電源上擺動到地面，或略低于地面。這種擴展的輸出擺動需要使用另一個電阻和一個額外的負電源。可以在輸出端和負極電源之間連接一個下拉電阻器，將輸出端拉低到0V。見圖3。

OPA380有一個輸出級，允許使用該技術將輸出電壓拉至其負電源軌。然而，這種技術只適用于某些類型的輸出級。OPA380被設計成可以很好地使用這種方法。在0伏以下的精度非常高。在規(guī)定的溫度范圍內可以保證可靠的操作。

單電源電路中的偏壓光電二極管

當光電二極管不暴露在任何光下時，+IN輸入可以用正直流電壓來偏置輸出電壓，并允許放大器輸出指示真正的零光電二極管測量。它還可以防止因負軌而產生的額外延遲。這種偏壓出現在光電二極管上，為更快的操作提供了反向偏壓。放置在這個偏壓點的RC濾波器將減少噪聲，如圖4所示。該偏置電壓也可以作為范圍不包括接地的ADC的偏移偏置點。

跨阻放大器

寬帶寬，低輸入偏置電流，低輸入電壓和電流噪聲使OPA380成為理想的寬帶光電二極管跨阻放大器。低電壓噪聲很重要，因為光電二極管電容使電路的有效噪聲增益在高頻下增加。

跨阻設計的關鍵要素如圖5所示：

總輸入電容（CTOT），由光電二極管電容（Cd二極管）加上寄生共模和差模輸入電容（OPA380為3pF+1.1pF）；

期望的跨阻增益（RF）；

OPA380（90MHz）的增益帶寬積（GBW）。

通過設置這三個變量，可以設置反饋電容值（CF）來控制頻率響應.CSTRAY是RF的雜散電容，對于典型的表面貼裝電阻器，其為0.2pF。

為了獲得最大平坦的二階巴特沃斯頻率響應，反饋極點應設置為：

帶寬計算公式如下：

這些方程將導致最大跨導帶寬。對于更高的跨阻帶寬，可以使用高速CMOS OPA300（SBOS271（180mhzgbw））或OPA656（SBOS196（230mhzgbw））。

有關更多信息，請參閱應用公告AB−050（SBOA055），直觀補償跨阻放大器。

圖5：跨阻放大器

注：（1）CF是可選的，以防止增益峰值。

（2） CSTRAY是RF的雜散電容（表面安裝電阻器通常為0.2pF）。

（3） CTOT是光電二極管電容加上OPA380輸入電容。

跨阻帶寬和噪聲

限制射頻設置的增益可以降低跨導輸出處的噪聲電路。但是，所有需要的增益都應該發(fā)生在跨阻級，因為在跨阻放大器之后增加增益通常會產生較差的噪聲性能。射頻產生的噪聲譜密度隨射頻平方根的增大而增大，而信號則呈線性增加。因此，當所有需要的增益被置于跨阻級時，信噪比得到提高。

總噪聲隨著帶寬的增加而增加。將電路帶寬限制在所需的范圍內。在反饋電阻RF上使用電容器CF來限制帶寬，即使在考慮總輸出噪聲時不需要穩(wěn)定性。

圖6a顯示了無反饋電容的跨阻電路。該電路產生的跨阻增益如圖7所示。-3dB點約為10MHz。增加一個16pF反饋電容器（圖6b）將限制帶寬，并在大約1MHz處產生-3dB點（見圖7）。通過添加一個濾波器（RFILTER和CFILTER）來創(chuàng)建第二極（圖6c），可以進一步降低輸出噪聲。第二個極點被放置在反饋回路中，以保持放大器的低輸出阻抗。（如果磁極被置于反饋回路之外，則需要額外的緩沖器，這會無意中增加噪聲和直流誤差）。

使用RDode表示等效二極管電阻，CTOT表示等效二極管電容加上OPA380輸入電容，噪聲零點fZ由以下公式計算：

圖6：具有可變總噪聲增益和集成噪聲增益的跨阻電路結構

這些電路結構對輸出噪聲的影響如圖8所示，對集成輸出噪聲的影響如圖9所示。2極巴特沃斯濾波器（通帶內最大平坦）通過使用以下等式選擇濾波器值來創(chuàng)建：

有：

圖6b中的電路以20dB/decade的速度衰減。帶有圖6c所示附加濾波器的電路以40dB/decade的速度衰減，從而改善了噪聲性能。

圖10顯示了二極管電容對集成輸出噪聲的影響，使用圖6c中的電路。

有關更多信息，請參考可從TI網站下載的FET跨阻放大器噪聲分析（SBOA060）和高速運算放大器的噪聲分析（SBOA066）。

電路板布局

使求和結處的光電二極管電容和雜散電容最小（逆變輸入）。這個電容導致運算放大器的電壓噪聲被放大（高頻放大）。使用低噪聲電壓源反向偏置光電二極管可以顯著降低其電容。較小的光電二極管具有較低的電容。用光學器件把光集中在一個小的光電二極管上。

電路板泄漏會降低其他設計良好的放大器的性能。仔細清潔電路板。環(huán)繞求和結并以相同電壓驅動的電路板保護軌跡可以幫助控制漏電，如圖11所示。

測量小電流的其他方法

對數放大器用于將極寬的動態(tài)范圍輸入電流壓縮到更窄的范圍。寬輸入動態(tài)范圍為8年，或100帕至10毫安，可容納12位ADC的輸入。（建議產品：LOG101、LOG102、LOG104、LOG112。）

極小的電流可以通過在電容器上積分電流來精確測量。（推薦產品：IVC102）

低電平電流可以轉換成高分辨率的數據字。（推薦產品：DDC112）

有關可用產品范圍的更多信息，請使用上述特定型號名稱或使用關鍵字transimpedance和對數進行搜索。

容性負載與穩(wěn)定性

OPA380系列運算放大器可驅動高達500pF的純電容負載。增加增益可以增強放大器驅動更大電容性負載的能力（參見典型特性曲線，小信號過沖與電容性負載）。

改進的方法是將一個10Ω的電阻以一個串聯的方式插入一個10Ω的負載中。這減少了大電容負載時的振鈴，同時保持直流精度。

驅動快速16位模數轉換器（ADC）

OPA380系列是為驅動快速16位而優(yōu)化的ADC如ADS8411。OPA380運算放大器緩沖轉換器的輸入電容和由此產生的電荷注入，同時提供信號增益。圖12顯示了OPA380在一個單端方法接口的ADS8411 16位，2MSPS ADC。有關更多信息，請參閱ADS8411數據表。

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