特征

•適合汽車應(yīng)用

•AEC-Q100符合以下結(jié)果：

–設(shè)備溫度等級1：–40°C至+125°C環(huán)境工作溫度范圍

–設(shè)備HBM ESD等級2

–設(shè)備CDM ESD分類等級C4B

•低靜態(tài)電流（IQ）：45μA（典型值）

•低成本

•軌對軌輸入和輸出

•單電源：2.1 V至5.5 V

•輸入偏置電流：0.5 pA（典型值）

•高速：功率帶寬：1 MHz

應(yīng)用

•便攜式設(shè)備

•電池供電設(shè)備

•煙霧報警器

•一氧化碳探測器

•HEV/EV和動力傳動系

•信息娛樂和集群

•醫(yī)療器械

說明

OPAx348-Q1系列器件是單電源、低功耗CMOS運(yùn)算放大器。OPAx348-Q1系列設(shè)備具有1MHz的擴(kuò)展帶寬和45μa的電源電流，適用于2.1V至5.5V的單電源低功耗應(yīng)用。

45μA的低電源電流和0.5 pA的輸入偏置電流使OPAx348-Q1系列器件成為低功耗、高阻抗應(yīng)用（如煙霧探測器和其他傳感器）的最佳候選產(chǎn)品。

OPA348-Q1器件有SOT23-5（DBV）和SOIC（D）兩種封裝形式。OPA2348-Q1器件采用SOIC-8（D）封裝。OPA4348-Q1設(shè)備在TSSOP-14（PW）包中提供。所有電源電壓下的汽車溫度范圍為-40°C至+125°C，提供了額外的設(shè)計靈活性。

設(shè)備信息

（1）、有關(guān)所有可用的軟件包，請參閱數(shù)據(jù)表末尾的醫(yī)囑內(nèi)容附錄。

無反轉(zhuǎn)配置驅(qū)動ADS7822

典型特征

在TA=25°C時，RL=100 kΩ連接到VS/2，VOUT=VS/2（除非另有說明）。

詳細(xì)說明

概述

OPAx348-Q1系列器件是一種低功耗、軌對軌輸入輸出運(yùn)算放大器。這些器件的工作電壓從1.8伏到5.5伏，單位增益穩(wěn)定，適用于廣泛的通用應(yīng)用。AB級輸出級能夠驅(qū)動連接到V+和地之間任何點(diǎn)的≤10-kΩ負(fù)載。輸入共模電壓范圍包括兩個軌道，并允許OPAx348-Q1系列設(shè)備用于幾乎任何單一電源應(yīng)用。軌對軌輸入和輸出擺幅大大增加了動態(tài)范圍，特別是在低電源應(yīng)用中，使其成為驅(qū)動采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）的理想選擇。

功能框圖

特性描述

工作電壓

OPAx348-Q1運(yùn)算放大器完全符合要求，可在1.8 V至5.5 V的電壓范圍內(nèi)工作。此外，許多規(guī)格適用于-40°C至+125°C之間。隨工作電壓或溫度而顯著變化的參數(shù)如典型特性圖所示。電源引腳應(yīng)使用0.01-μF陶瓷電容器進(jìn)行旁路。

軌對軌輸入

將opax3200mv的輸入電壓范圍擴(kuò)展到了opax3200系列的輸入電壓范圍之外。這種性能是通過一個互補(bǔ)的輸入級實現(xiàn)的：一個N信道輸入差分對與一個P信道差分對并行。N通道對在正極軌道附近的輸入電壓有效，通常為正極電源上方（V+）-1.3 V至200 mV。對于從負(fù)電源以下200 mV到大約（V+）-1.3 V的輸入，P通道對處于開啟狀態(tài)。存在一個小的過渡區(qū)域，通常為（V+）-1.4 V至（V+）-1.2 V，其中兩個對都打開。這個200毫伏的過渡區(qū)可以隨著工藝的變化而變化到300毫伏。因此，在低端，過渡區(qū)（兩個階段都開啟）的范圍為（V+）-1.7 V至（V+）-1.5 V，高端可達(dá)（V+）-1.1 V至（V+）-0.9 V。在該過渡區(qū)域內(nèi)，與該區(qū)域外的器件操作相比，PSRR、CMRR、偏移電壓、偏移漂移和THD可能降低。

軌對軌輸入

輸入共模范圍從（V-）–0.2 V擴(kuò)展到（V+）+0.2 V。對于正常操作，輸入應(yīng)限制在該范圍內(nèi)。絕對最大輸入電壓超過電源500毫伏。大于輸入共模范圍但小于最大輸入電壓的輸入雖然無效，但不會對運(yùn)算放大器造成任何損壞。與其他運(yùn)算放大器不同，如果輸入電流受到限制，輸入可能會超出電源而不發(fā)生相位反轉(zhuǎn)，如圖19所示。

正常情況下，輸入電流為0.5 pA。但是，大輸入（超過電源軌500 mV）會導(dǎo)致過多電流流入或流出輸入引腳。因此，將輸入電流限制在10毫安以下以及保持輸入電壓低于最大額定值是很重要的。如圖20所示，輸入電阻很容易實現(xiàn)。

輸入和ESD保護(hù)

OPAx348-Q1系列設(shè)備在所有引腳上集成了內(nèi)部靜電放電（ESD）保護(hù)電路。對于輸入和輸出引腳，這種保護(hù)主要由連接在輸入和電源引腳之間的電流控制二極管組成。這些ESD保護(hù)二極管還提供電路內(nèi)輸入過驅(qū)動保護(hù)，只要電流限制在10毫安，如絕對最大額定值表所述。圖21顯示了如何在驅(qū)動輸入端添加一個串聯(lián)輸入電阻來限制輸入電流。增加的電阻在放大器輸入端產(chǎn)生熱噪聲，在對噪聲敏感的應(yīng)用中，該值應(yīng)保持在最小值。

共模抑制比（CMRR）

OPAx348-Q1系列器件的CMRR有多種規(guī)定，因此可以使用與給定應(yīng)用最匹配的CMRR；參見電氣特性表。首先，給出了過渡區(qū)[VCM<（V+）-1.3v]以下共模范圍內(nèi)器件的CMRR。當(dāng)應(yīng)用需要使用一個差分輸入對時，本規(guī)范是設(shè)備性能的最佳指示器。其次，整個共模范圍內(nèi)的共模抑制比規(guī)定為（VCM=–0.2 V至5.7 V）。最后一個值包括通過過渡區(qū)域看到的變化（見圖22）。

共模電壓范圍

OPAx348-Q1設(shè)備的輸入共模電壓范圍超出電源軌200毫伏。這種擴(kuò)展范圍是通過一個互補(bǔ)輸入級一個N信道輸入差分對與一個P信道差分對并行來實現(xiàn)的。對于靠近正軌的輸入電壓，N通道對是有效的，通常是正極電源上方的（V+）-1.2 V到300 mV，而P通道對對于從負(fù)電源下方300 mV到大約（V+）-1.4 V的輸入電壓是開啟的。存在一個小的過渡區(qū)，通常是（V+）-1.4 V到（V+）-1.2 V，兩個電壓對都在這個過渡區(qū)中正在打開。圖22所示的200 mV過渡區(qū)可隨工藝變化而變化±300 mV。因此，在低端，過渡區(qū)（兩個階段都開啟）的范圍為（V+）-1.7 V至（V+）-1.5 V，高端可達(dá)（V+）-1.1 V至（V+）-0.9 V。在200mv過渡區(qū)內(nèi)，與在該區(qū)外運(yùn)行相比，PSRR、CMRR、偏移電壓、偏移漂移和THD可能降低。

電磁干擾敏感性和輸入濾波

運(yùn)算放大器隨設(shè)備對電磁干擾（EMI）的敏感性而變化。如果傳導(dǎo)EMI進(jìn)入運(yùn)算放大器，則在EMI存在時，放大器輸出處觀察到的直流偏移可能會偏離標(biāo)稱值。這種偏移是與內(nèi)部半導(dǎo)體結(jié)相關(guān)的信號整流的結(jié)果。雖然所有運(yùn)算放大器引腳功能都會受到電磁干擾的影響，但信號輸入引腳可能是最易受影響的。OPAx348-Q1系列設(shè)備包含一個內(nèi)部輸入低通濾波器，可降低放大器對EMI的響應(yīng)。該濾波器提供共模和差模濾波。該濾波器的截止頻率約為80MHz（-3dB），每十年衰減20dB。

德州儀器公司已經(jīng)開發(fā)出能夠準(zhǔn)確測量和量化運(yùn)算放大器在從10兆赫到6兆赫的寬頻帶上的抗擾度。EMI抑制比（EMIRR）指標(biāo)允許通過EMI抗擾度直接比較運(yùn)算放大器。詳細(xì)信息也可在應(yīng)用報告中找到，運(yùn)算放大器的EMI抑制比（SBOA128）。

軌間輸出

作為一個微功率、低噪聲運(yùn)算放大器，OPAx348-Q1系列設(shè)備提供了強(qiáng)大的輸出驅(qū)動能力。AB類輸出級采用共源晶體管，以實現(xiàn)完全的軌對軌輸出擺動能力。對于高達(dá)10 kΩ的電阻負(fù)載，無論施加的電源電壓如何，輸出通常在任一供電軌的5 mV范圍內(nèi)擺動。不同的負(fù)載條件會改變放大器靠近軌道擺動的能力；參考圖，輸出電壓擺動與輸出電流。

AB類輸出級采用共源晶體管實現(xiàn)軌對軌輸出。該輸出級能夠驅(qū)動連接至V+和接地之間任何電位的5-kΩ負(fù)載。對于輕阻性負(fù)載（>100kΩ），輸出電壓通常可以從電源軌擺動到18mv以內(nèi)。在中等電阻負(fù)載（10 kΩ至50 kΩ）的情況下，輸出電壓通常可在電源軌100 mV范圍內(nèi)擺動，同時保持較高的開環(huán)增益（參見典型特征部分中的圖6）。

電容性負(fù)載和穩(wěn)定性

在單位增益配置的OPAx348-Q1系列器件可以直接驅(qū)動高達(dá)250pF的純電容負(fù)載。增加增益可以增強(qiáng)放大器驅(qū)動更大電容性負(fù)載的能力（參見典型特征部分的圖13）。在單位增益配置中，電容性負(fù)載驅(qū)動可以通過在輸出端串聯(lián)一個小的（10Ω到20Ω）電阻器RS來改善，如圖24所示。這種電阻器在保持純電容性負(fù)載的直流性能的同時顯著降低了振鈴。然而，如果電阻負(fù)載與電容性負(fù)載并聯(lián)存在，則會產(chǎn)生分壓器，在輸出端引入直流（dc）誤差，并略微減小輸出擺幅。引入的誤差與比值RS/RL成正比，通常可以忽略不計。

在單位增益逆變器配置中，相位裕度可以通過運(yùn)算放大器輸入端的電容和增益設(shè)定電阻之間的反應(yīng)而減小，從而降低電容負(fù)載驅(qū)動。使用小值電阻可獲得最佳性能。例如，當(dāng)驅(qū)動500 pF負(fù)載時，將電阻值從100 kΩ減小到5 kΩ，將過沖從55%降低到13%（參見典型特征部分的圖13）。然而，當(dāng)大值電阻無法避免時，可以在反饋回路中插入一個小的（4-pF到6-pF）電容器CFB，如圖25所示。這種小電容器通過補(bǔ)償電容CIN（包括放大器的輸入電容和印刷電路板（PCB）的寄生電容）的影響，顯著降低了過沖。

設(shè)備功能模式

連接電源后，OPAx348-Q1系列設(shè)備通電。該裝置可以作為單電源運(yùn)算放大器或雙電源放大器運(yùn)行，具體取決于應(yīng)用。

應(yīng)用與實施

注意

以下應(yīng)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(zhǔn)確性或完整性。TI的客戶負(fù)責(zé)確定組件的適用性。客戶應(yīng)驗證和測試其設(shè)計實現(xiàn)，以確認(rèn)系統(tǒng)功能。

申請信息

OPAx348-Q1運(yùn)算放大器（運(yùn)算放大器）單位增益穩(wěn)定，適用于廣泛的通用應(yīng)用。

OPAx348-Q1設(shè)備具有寬帶寬和單位增益穩(wěn)定性，具有軌對軌輸入和輸出，以增加動態(tài)范圍。圖23顯示了unitygain配置的OPAx348-Q1設(shè)備的輸入和輸出波形。操作由單個5 V電源供電，100-kΩ負(fù)載連接至VS/2。輸入為5-VPP正弦波。輸出電壓約為4.98 VPP。

電源插腳應(yīng)使用0.01-μF陶瓷電容器繞過。

驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

OPAx348-Q1運(yùn)算放大器優(yōu)化用于驅(qū)動中速采樣ADC。OPAx348-Q1運(yùn)算放大器在提供信號增益的同時緩沖ADC輸入電容和由此產(chǎn)生的電荷注入。

圖26顯示了在驅(qū)動ADS7822設(shè)備的基本非轉(zhuǎn)換配置中的OPA2348。ADS7822設(shè)備是MSOP-8封裝中的12位微功耗采樣轉(zhuǎn)換器。當(dāng)與OPAx348-Q1系列器件的低功耗微型封裝一起使用時，這種組合是空間有限、低功耗應(yīng)用的理想選擇。在這種配置中，ADC輸入端的RC網(wǎng)絡(luò)可用于提供抗混疊濾波和電荷注入電流。

OPAx348-Q1系列設(shè)備還可用于非轉(zhuǎn)換配置，以在有限的低功耗應(yīng)用中驅(qū)動ADS7822設(shè)備。在這種配置中，ADC輸入端的RC網(wǎng)絡(luò)可用于提供抗混疊濾波和電荷注入電流。在語音帶通濾波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中驅(qū)動ADS7822設(shè)備的OPAx348-Q1見圖26。這種小型、低成本的解決方案提供了必要的放大和信號調(diào)節(jié)，以便直接與駐極體麥克風(fēng)接口。該電路在VS=2.7 V至5 V的條件下工作，典型靜態(tài)電流小于250μA。

典型應(yīng)用

有些應(yīng)用需要差分信號。圖28顯示了一個簡單的電路，將0.1 V至2.4 V的單端輸入轉(zhuǎn)換為單個2.7 V電源上的±2.3 V差分輸出。有意限制輸出范圍以使線性度最大化。電路由兩個放大器組成。一個放大器起緩沖作用，產(chǎn)生電壓VOUT+。第二個放大器反轉(zhuǎn)輸入，并添加一個參考電壓來生成VOUT–。VOUT+和VOUT–范圍從0.1 V到2.4 V。差值VDIFF是VOUT+和VOUT–之間的差值。這種配置使得差分輸出電壓范圍為2.3V。

設(shè)計要求

設(shè)計要求如下：

•電源電壓：2.7 V

•參考電壓：2.5 V

•輸入：0.1 V至2.4 V

•輸出差：±2.3 V

•輸出共模電壓：1.25 V

•小信號帶寬：1 MHz

詳細(xì)設(shè)計程序

圖28中的電路接收單端輸入信號VIN，并生成兩個輸出信號VOUT+和VOUT–使用兩個放大器和一個參考電壓VREF。VOUT+是第一個放大器的輸出，是輸入信號VIN的緩沖版本（如等式1所示）。VOUT–是第二個放大器的輸出，它使用VREF向VIN添加偏移電壓，并通過反饋添加反向增益。VOUT–的傳遞函數(shù)在方程式2中給出。

差分輸出信號VDIFF是兩個單端輸出信號VOUT+和VOUT-。方程3顯示了VDIFF的傳遞函數(shù)。通過應(yīng)用R1=R2和R3=R4的條件，將傳遞函數(shù)簡化為方程6。使用這種配置，最大輸入信號等于參考電壓，每個放大器的最大輸出等于VREF。差分輸出范圍為2×VREF。此外，共模電壓（VCM）是VREF的一半（見方程式7）。

放大器選擇

輸入范圍內(nèi)的線性度是良好直流精度的關(guān)鍵。共模輸入范圍和輸出擺幅限制決定了線性度。一般來說，需要一個具有軌對軌輸入和輸出擺動的放大器。帶寬是這種設(shè)計的一個關(guān)鍵問題，因此選擇OPAx348-Q1系列設(shè)備是因為它的帶寬大于1mhz的目標(biāo)。帶寬和功率比使該器件的功率效率高，低偏移和漂移確保了中等精度應(yīng)用的良好精度。

無源元件選擇

由于VOUT的傳遞函數(shù)嚴(yán)重依賴于電阻器（R1、R2、R3和R4），因此使用低公差的電阻器可最大限度地提高性能并將誤差降至最低。本設(shè)計使用電阻值為49.9 kΩ，公差為0.1%的電阻器。但是，如果系統(tǒng)的噪聲是一個關(guān)鍵參數(shù)，可以選擇較小的電阻值（6kΩ或更低），以保持整個系統(tǒng)的低噪聲。這種技術(shù)可以確保來自電阻器的噪聲低于放大器的噪聲。

應(yīng)用曲線

電源建議

OPAx348-Q1系列設(shè)備規(guī)定在1.8 V至5.5 V（±0.9 V至±2.75 V）下工作；許多規(guī)范適用于-40°C至125°C。典型特征所示參數(shù)可能會顯示出與工作電壓或溫度相關(guān)的顯著差異。

注意安全

絕對電壓大于7 V（可永久性地?fù)p壞設(shè)備）。

將0.1-μF旁路電容器靠近電源引腳，以減少噪聲或高阻抗電源的耦合誤差。有關(guān)旁路電容器放置的更多詳細(xì)信息，請參閱布局指南部分。

布局

布局指南

為獲得設(shè)備的最佳操作性能，請使用良好的PCB布局實踐，包括：

•噪聲可通過整個電路的電源引腳和運(yùn)算放大器傳播到模擬電路中。旁路電容器通過為模擬電路提供局部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(shè)備。從V+到地的單旁路電容器適用于單電源應(yīng)用。

•電路模擬和數(shù)字部分的單獨(dú)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。接地板有助于分配熱量并減少電磁干擾噪音。確保在物理上分離數(shù)字和模擬接地，注意接地電流的流動。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱電路板布局技術(shù)，SLOA089。

•盡可能遠(yuǎn)離輸入或輸出的寄生跡線。如果這些跡線不能分開，垂直穿過敏感跡線要比平行于噪聲跡線要好得多。

•將外部組件盡可能靠近設(shè)備。保持RF和RG靠近逆變輸入，以最小化寄生電容，如圖32所示。

•輸入記錄道的長度應(yīng)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(shè)置一個驅(qū)動的低阻抗保護(hù)環(huán)。保護(hù)環(huán)可以顯著降低附近不同電位的漏電電流。

布局示例

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