特點

•低噪音：

4.5千赫

10 kHz時為3.8 nV/√Hz

•低失真：1 kHz時為0.00005%

•低靜態(tài)電流：每個通道2毫安

•低輸入偏置電流：10 pA

•轉(zhuǎn)換速率：10 V/μs

•寬增益帶寬：18 MHz（G=+1）

•統(tǒng)一增益穩(wěn)定

•軌對軌輸出

•供應范圍廣：±2.25伏至±18伏，或+4.5伏至+36伏

•提供雙重和四重版本

•小包裝尺寸：雙重：SO-8和MSOP-8，四：SO-14和TSSOP-14

應用

•模擬和數(shù)字混音器

•音頻效果處理器

•樂器

•A/V接收器

•DVD和藍光™ 玩家

•汽車音響系統(tǒng)

說明

OPA1652（雙）和OPA1654（四）FET輸入運算放大器實現(xiàn)低4.5-nV/√Hz噪聲密度，在1khz下具有0.00005%的超低失真。OPA1652和OPA1654運算放大器提供軌對軌輸出擺幅在800毫伏以內(nèi)，負載為2-kΩ，這增加了凈空，最大限度地擴大了動態(tài)范圍。這些器件還具有±30毫安的高輸出驅(qū)動能力。

這些器件在±2.25 V至±18 V，或+4.5 V至+36 V的非常寬的電源范圍內(nèi)工作，每個通道的電源電流僅為2 mA。OPA1652和OPA1654運算放大器單位增益穩(wěn)定，在廣泛的負載條件下提供良好的動態(tài)性能。

這些設備還具有完全獨立的電路，以實現(xiàn)最低的串擾，并且不受信道之間的交互影響，即使在過驅(qū)動或過載的情況下也是如此。

OPA1652和OPA1654的溫度范圍規(guī)定為-40°C至+85°C。

設備信息

（1）、有關(guān)所有可用的軟件包，請參閱數(shù)據(jù)表末尾的訂購附錄。

典型特征

除非另有說明，否則TA=25°C，VS=±15 V，RL=2 kΩ。

詳細說明

概述

OPA1652和OPA1654是單位增益穩(wěn)定，精度雙和四運算放大器非常低的噪聲。功能框圖顯示了OPA165x的簡化示意圖（顯示了一個通道）。該器件由一個帶折疊共源共柵的極低噪聲輸入級和一個軌對軌輸出級組成。這種拓撲在以前音頻運算放大器沒有提供的廣泛電源電壓范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)越的噪聲和失真性能。功能框圖

功能框圖

特性描述

倒相保護

OPA165x系列具有內(nèi)部相位反轉(zhuǎn)保護。當輸入被驅(qū)動到超過線性共模范圍時，許多運算放大器會出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)。這種情況在非換向電路中最常見，當輸入被驅(qū)動到超過規(guī)定的共模電壓范圍時，導致輸出反向進入相反的軌道。OPA165x的輸入可防止共模電壓過高時的相位反轉(zhuǎn)。相反，適當?shù)能壍老拗戚敵鲭妷骸＿@種性能如圖35所示。

輸入保護

OPA1652和OPA1654的輸入端采用背向背向二極管保護，以防差動電壓過高，如圖36所示。在大多數(shù)電路應用中，輸入保護電路沒有后果。然而，在低增益或G=+1電路中，由于放大器的輸出不能對輸入斜坡做出足夠快的響應，所以快速斜坡輸入信號可以使這些二極管向前偏移。如果輸入信號足夠快，足以產(chǎn)生這種正向偏置條件，則輸入信號電流必須限制在10毫安或以下。如果輸入信號電流沒有固有的限制，可以使用輸入串聯(lián)電阻（RI）和/或反饋電阻器（RF）來限制信號輸入電流。該電阻器降低了OPA165x的低噪聲性能，并在以下噪聲性能部分進行了檢查。圖36顯示了使用限流輸入和反饋電阻時的配置示例。

電氣過應力

設計者經(jīng)常問運算放大器承受過大電應力的能力。這些問題往往集中在設備輸入端，但也可能涉及電源電壓引腳，甚至輸出端引腳。每一種不同的引腳功能都具有由特定半導體制造工藝和連接到引腳的特定電路的電壓擊穿特性決定的電應力極限。此外，內(nèi)部靜電放電（ESD）保護內(nèi)置在這些電路中，以防止在產(chǎn)品裝配之前和過程中發(fā)生意外的ESD事件。

很好地理解這種基本的ESD電路及其與電氣過應力事件的相關(guān)性是有幫助的。圖37顯示了OPA165x中包含的ESD電路（用虛線區(qū)域表示）。ESD保護電路包括幾個電流控制二極管，這些二極管從輸入和輸出引腳連接，并返回內(nèi)部電源線，二極管在運算放大器內(nèi)部的吸收裝置處會合。該保護電路旨在在正常電路操作期間保持非活動狀態(tài)。

ESD事件會產(chǎn)生持續(xù)時間短的高壓脈沖，當通過半導體器件放電時，該脈沖會轉(zhuǎn)化為持續(xù)時間短的大電流脈沖。ESD保護電路設計為在運算放大器核心周圍提供電流通路，以防止損壞。保護電路吸收的能量隨后以熱量的形式散失。

當ESD電壓在兩個或多個放大器設備引腳上形成時，電流流過一個或多個轉(zhuǎn)向二極管。根據(jù)電流的路徑，吸收裝置可以被激活。吸收裝置的觸發(fā)電壓或閾值電壓高于OPA165x的正常工作電壓，但低于器件擊穿電壓水平。當超過這個閾值時，吸收裝置會迅速啟動，并將電源軌上的電壓鉗制到安全水平。

當運算放大器連接到電路中時（參見圖37），ESD保護部件將保持非活動狀態(tài)，不會參與應用電路的操作。然而，當外加電壓超過給定引腳的工作電壓范圍時，可能會出現(xiàn)這種情況。如果出現(xiàn)這種情況，則存在某些內(nèi)部ESD保護電路開啟并傳導電流的風險。任何這樣的電流都是通過導向二極管路徑產(chǎn)生的，很少涉及吸收裝置。

圖37顯示了一個具體的例子，其中輸入電壓（VIN）超過正電源電壓（V+）500毫伏或更多。電路中發(fā)生的大部分情況取決于電源特性。如果V+可以吸收電流，則上部輸入轉(zhuǎn)向二極管中的一個將電流傳導并引導至V+。過高的電流水平會隨著車輛識別號（VIN）越來越高而流動。因此，數(shù)據(jù)表規(guī)格建議應用程序?qū)⑤斎腚娏飨拗圃?0毫安。

如果電源不能吸收電流，VIN可以開始向運算放大器提供電流，然后作為正電源電壓源接管。這種情況下的危險是電壓可能上升到超過運算放大器絕對最大額定值的水平。

另一個常見的問題是，當電源（V+或V-）為0 V時，如果輸入信號應用于輸入，放大器會發(fā)生什么情況。同樣，這個問題取決于電源特性，當電源電壓為0 V或低于輸入信號振幅時。如果電源顯示為高阻抗，則輸入源通過電流控制二極管提供運算放大器電流。這種狀態(tài)不是正常的偏壓狀態(tài)；很可能是放大器不能正常工作。如果電源阻抗低，則通過轉(zhuǎn)向二極管的電流可能會變得相當高。電流水平取決于輸入源傳輸電流的能力，以及輸入路徑中的任何電阻。

如果對電源吸收電流的能力有任何不確定性，請在電源引腳上添加外部齊納二極管；見圖37。選擇齊納電壓，使二極管在正常運行期間不會打開。然而，齊納電壓必須足夠低，以便齊納二極管在電源引腳開始上升到高于安全工作電壓水平時導通。

設備功能模式

工作電壓

OPA165x系列運算放大器在±2.25伏至±18伏電源電壓范圍內(nèi)工作，同時保持出色的性能。OPA165x系列可在電源間電壓為+4.5V，電源間電壓為+36v時工作。然而，有些應用不需要相同的正、負輸出電壓擺幅。對于OPA165x系列，電源電壓不需要相等。例如，正電源可以設置為+25 V，負電源設置為-5 V。

在所有情況下，共模電壓必須保持在規(guī)定范圍內(nèi)。此外，關(guān)鍵參數(shù)在TA=–40°C到+85°C的指定溫度范圍內(nèi)得到保證。典型特性中顯示了隨工作電壓或溫度顯著變化的參數(shù)。

應用與實施

注意：以下應用章節(jié)中的信息不是TI組件規(guī)范的一部分，TI不保證其準確性或完整性。TI的客戶負責確定組件的適用性。客戶應驗證和測試其設計實現(xiàn)，以確認系統(tǒng)功能。

申請信息

噪聲性能

圖38顯示了在單位增益配置（沒有反饋電阻網(wǎng)絡，因此沒有額外的噪聲貢獻）的運放源阻抗變化的總電路噪聲。

OPA165x（GBW=18 MHz，G=+1）顯示，并計算出總電路噪聲。運算放大器本身提供電壓噪聲分量和電流噪聲分量。電壓噪聲通常被建模為偏置電壓的時變分量。電流噪聲被建模為輸入偏置電流的時變分量，并與源電阻反應產(chǎn)生噪聲的電壓分量。因此，給定應用的最低噪聲運算放大器取決于源阻抗。對于低源阻抗，電流噪聲可以忽略不計，而電壓噪聲通常占主導地位。OPA165x系列運算放大器的電壓噪聲使其成為大于或等于1kΩ的源阻抗的更好選擇。

圖38中的方程式顯示了總電路噪聲的計算，這些參數(shù)如下：

•en=電壓噪聲

•in=電流噪聲

•RS=源阻抗

•k=玻爾茲曼常數(shù)=

•T=溫度，單位：開氏度（k）

低噪聲運算放大器電路的設計需要仔細考慮各種可能的噪聲因素：來自信號源的噪聲、運算放大器中產(chǎn)生的噪聲以及來自反饋網(wǎng)絡電阻器的噪聲。電路的總噪聲是所有噪聲分量的平方根和組合。

源阻抗的電阻部分產(chǎn)生與電阻平方根成比例的熱噪聲。圖38描繪了這個等式。源阻抗通常是固定的；因此，選擇運放和反饋電阻，以盡量減少各自對總噪聲的貢獻。

圖39說明了帶增益的逆變（圖39b）和非逆變（圖39a）運算放大器電路配置。在有增益的電路配置中，反饋網(wǎng)絡電阻也會產(chǎn)生噪聲。運算放大器的電流噪聲與反饋電阻反應，產(chǎn)生額外的噪聲分量。通常可以選擇反饋電阻值，使這些噪聲源可以忽略不計。給出了兩種結(jié)構(gòu)的總噪聲方程。

總諧波失真測量

OPA165x系列運算放大器具有優(yōu)良的失真特性。在20赫茲至20千赫的音頻范圍內(nèi)，THD+噪聲低于0.0002%（G=+1，VO=3 VRMS，BW=80 kHz）（請參閱特性性能圖7）。

OPA165x系列運算放大器產(chǎn)生的失真低于許多商用失真分析儀的測量極限。但是，可以使用特殊的測試電路（如圖40所示）來擴展測量能力。

運算放大器失真可以被認為是一個內(nèi)部誤差源，可以參考輸入。圖40顯示了導致運算放大器失真增大的電路（有關(guān)各種信號增益的失真增益系數(shù)，請參閱圖40中的表格）。在其他標準的非互易放大器配置中加入R3會改變電路的反饋系數(shù)或噪聲增益。閉環(huán)增益不變，但可用于糾錯的反饋被失真增益因子降低，從而將分辨率提高相同的量。注意，應用到運算放大器的輸入信號和負載與沒有R3的傳統(tǒng)反饋相同。R3值應保持較小，以盡量減少其對失真測量的影響。

該技術(shù)的有效性可通過在高增益和/或高頻下重復測量來驗證，其中失真在測試設備的測量能力范圍內(nèi)。本數(shù)據(jù)表的測量采用音頻精密系統(tǒng)雙失真/噪聲分析儀，大大簡化了重復測量。然而，測量技術(shù)可以用手動畸變測量儀器來執(zhí)行。

（1）、關(guān)于測量帶寬，請參見圖7到圖12。

電容性負載

OPA1652和OPA1654的動態(tài)特性已針對常見增益、負載和操作條件進行了優(yōu)化。低閉環(huán)增益和高容性負載的結(jié)合降低了放大器的相位裕度，并可能導致增益峰值或振蕩。因此，較重的電容性負載必須與輸出隔離。實現(xiàn)這種隔離的最簡單方法是在輸出端串聯(lián)一個小電阻（例如RS等于50Ω）。

這個小的串聯(lián)電阻也可以防止過多的功率消耗，如果設備的輸出變短。

圖19顯示了幾個RS值的小信號超調(diào)與電容性負載的關(guān)系圖。此外，有關(guān)分析技術(shù)和應用電路的詳細信息，請參閱反饋圖DefineOpaPacePerformance（SBOA015），可從TI網(wǎng)站下載。

典型應用

16個運算放大器的選擇，使之成為一個優(yōu)良的音頻運算放大器。其中一個這樣的電路如圖41所示，其說明了適合高保真耳機應用的功率放大器電路。

設計要求

•增益：6 dB

•輸出電壓：>2 VRMS，32Ω負載

•輸出阻抗：<1Ω

•THD+N:<–110dB（1 kHz，2 VRMS，32Ω負載）

詳細設計程序

功率放大器電路（顯示的是單通道）在OPA1652的反饋回路中具有BUF634高速緩沖放大器，以增加可用的輸出電流量。BUF634的帶寬和功耗可通過外部電阻器RBW進行設置。在這個電路中，RBW使用了一個0Ω的電阻，使BUF634具有最寬的帶寬和最高的性能。電路的增益由反饋電阻R1和R2決定，如等式1所示：

為了達到6-dB電壓增益（2V/V）的設計目標，R1和R2的值必須相等。這些電阻器也會對電路產(chǎn)生噪聲和熱噪聲。反饋電阻器的電壓噪聲譜密度（參考放大器輸入）如等式2所示：

理想情況下，電阻的熱噪聲貢獻不會顯著降低電路的噪聲性能。選擇電阻值，使電阻噪聲小于運算放大器輸入電壓噪聲的三分之一（方程式3），可確保由于反饋電阻的貢獻而引起的電路噪聲的任何增加最小。

為了計算所需的電阻值，將方程式3插入方程式2中，并重新排列所得方程式以求解R1與R2的并聯(lián)組合，如方程式4所示。將nvA值R1.6Ω/16Ω的值與16.8Ω的電壓值的組合得出。R1和R2使用標準值200Ω的電阻器，得到100Ω的并聯(lián)值，這與要求的值非常接近。

由于BUF634的極寬帶寬和高轉(zhuǎn)換率，不需要額外的元件來保持電路的穩(wěn)定性或防止閉鎖。該電路在電容負載大于1nF時穩(wěn)定，適合耳機應用。

應用曲線

電路的測量性能如圖42至圖46所示。頻率響應在整個音頻帶寬上非常平坦，在可聽見的范圍內(nèi)僅偏差0.004 dB。低頻下顯示的增益下降是測試設備的結(jié)果，而不是放大器電路。根據(jù)負載和空載條件下增益的變化計算出的放大器輸出阻抗為0.036Ω。剪切前的最大輸出功率如圖43所示。對于一個32Ω的負載，功率放大器能夠在削波前提供781兆瓦的功率。當負載為32Ω時，最佳THD+N性能在678mw（1khz，22khz測量帶寬）下為-117.2db。圖44顯示了在90 kHz帶寬中測量的2-VRMS輸出電平的THD+N與頻率的關(guān)系。最壞情況下的測量值是16Ω負載（250 mW），20 kHz輸入頻率，–91.8 dB（0.0026%）。兩個fft也顯示了2-VRMS，1-kHz，基本到兩個不同負載的放大器輸出頻譜。在兩種負載條件下，相對于基波而言，所有畸變諧波均低于-120 dB。

電源建議

OPA165x規(guī)定在4.5 V至36 V（±2.25 V至±18 V）的條件下工作；許多規(guī)范適用于-40°C至+85°C之間。在典型特性部分中給出了與工作電壓或溫度相關(guān)的顯著變化的參數(shù)。噪聲或高阻抗電源的應用要求去耦電容器靠近器件引腳。在大多數(shù)情況下，0.1-μF電容器就足夠了。

布局

布局指南

為獲得設備的最佳運行性能，請使用良好的印刷電路板（PCB）布局實踐，包括：

•噪聲可以通過整個電路的電源引腳和運放本身傳播到模擬電路中。旁路電容器用于通過提供模擬電路局部的低阻抗電源來降低耦合噪聲。

–將低ESR、0.1-μF陶瓷旁路電容器連接在每個電源引腳和接地之間，并盡可能靠近設備。從V+到地的單旁路電容器適用于單電源應用。

•電路模擬和數(shù)字部分的單獨接地是最簡單和最有效的噪聲抑制方法之一。多層印刷電路板上的一層或多層通常用于接地層。接地層有助于熱量分配，并減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。物理分離數(shù)字和模擬接地，觀察接地電流的流動。

•為了減少寄生耦合，輸入軌跡應盡可能遠離電源或輸出軌跡。如果這些記錄道不能保持分離，則垂直穿過敏感記錄道要比與噪聲記錄道平行要好得多。

•將外部組件盡可能靠近設備。如圖47所示，保持RF和RG接近逆變輸入可以最大限度地減小寄生電容。

•輸入記錄道的長度應盡可能短。始終記住，輸入軌跡是電路中最敏感的部分。

•考慮在關(guān)鍵線路周圍設置一個驅(qū)動的低阻抗保護環(huán)。保護環(huán)可以顯著降低附近不同電位的漏電電流。

•建議在板組裝后清潔PCB，以獲得最佳性能。

•任何精密集成電路都可能因水分進入塑料包裝而發(fā)生性能變化。在任何水性PCB清潔過程之后，建議烘烤PCB組件，以去除清潔過程中引入設備包裝的水分。大多數(shù)情況下，在85°C下低溫后清潔烘烤30分鐘就足夠了。

布局示例

功耗

OPA1652和OPA1654系列運算放大器能夠驅(qū)動2-kΩ負載，電源電壓高達±18 V，工作溫度范圍完整。在高電源電壓下工作時，內(nèi)部功耗增加。與傳統(tǒng)材料相比，OPA165x系列運算放大器采用的銅引線框架結(jié)構(gòu)提高了散熱性。電路板布局也有助于最大限度地降低結(jié)溫升。寬的銅痕跡有助于散熱，作為一個額外的散熱器。通過將設備焊接到電路板上，而不是使用插座，可以進一步將溫升降到最低。

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