OPAx333 1.8-V，微功耗，CMOS運算放大器，零漂系列-OPA333, OPA2333

特點

•低偏移電壓：10μV（最大）

•零點漂移：0.05μV/°C（最大值）

•0.01-Hz至10 Hz噪聲：1.1μVPP

•靜態電流：17μA

•單電源操作

•電源電壓：1.8 V至5.5 V

•軌對軌輸入/輸出

•微型的尺寸包裝：SC70和SOT23

應用

•傳感器

•溫度測量

•電子秤

•醫療器械

•電池供電儀器

•手持測試設備

說明

OPAx333系列CMOS運算放大器采用專有的自動校準技術，可同時提供非常低的偏移電壓（最大10μV）和隨時間和溫度而接近零的漂移。這些微型、高精度、低靜態電流放大器提供高阻抗輸入，共模范圍超過鋼軌100 mV，軌間輸出在鋼軌50 mV范圍內擺動。可使用低至1.8 V（±0.9 V）和高達5.5 V（±2.75 V）的單電源或雙電源。這些設備針對低電壓、單電源操作進行了優化。

OPAx333系列提供了優秀的CMRR，而沒有傳統互補輸入級的交叉。這種設計在不降低差分線性度的情況下，為驅動模數轉換器（adc）帶來了優越的性能。

OPA333（單版本）提供5針SOT-23、SOT和8針SOIC封裝，而OPA2333（雙版本）提供8針VSON、SOIC和VSSOP封裝。所有型號均規定在-40°C至125°C的溫度下工作。

設備信息

（1）、有關所有可用的軟件包，請參閱數據表末尾的訂購附錄。

OPAx333引線圖

典型特征

除非另有說明，否則TA=25°C，VS=5 V，CL=0 pF。

詳細說明

概述

OPAx333是一個零漂移、低功耗、軌對軌輸入和輸出運算放大器。這些器件的工作電壓從1.8伏到5.5伏，單位增益穩定，適用于廣泛的通用應用。零漂架構提供超低的偏移電壓和接近零的偏移電壓漂移。

功能框圖

特性描述

OPA333和OPA2333的單位增益穩定，沒有意外的輸出相位反轉。這些設備使用專有的自動校準技術來提供低偏移電壓和非常低的隨時間和溫度漂移。為了獲得最低的偏移電壓和精度性能，優化電路布局和機械條件。避免在連接不同導體形成的熱電偶接頭中產生熱電效應的溫度梯度。通過確保兩個輸入端上的熱電勢相等來消除這些熱產生的電位。其他布局和設計考慮因素包括：

•使用低熱電系數條件（避免使用不同的金屬）。

•將部件與電源或其他熱源熱隔離。

•屏蔽運算放大器和輸入電路，使其免受氣流（如冷卻風扇）的影響。

遵循這些指南可降低結處于不同溫度的可能性，這可能導致0.1μV/°C或更高的熱電電壓，具體取決于所用材料。

工作電壓

OPA333和OPA2333運算放大器的工作電源范圍為1.8伏至5.5伏（±0.9伏至±2.75伏）。典型特性部分顯示了隨電源電壓或溫度變化的參數。

注意安全

高于+7 V（絕對最大值）的電源電壓可能會永久損壞設備。

輸入電壓

OPA333和OPA2333輸入共模電壓范圍超出電源軌0.1V。OPA333被設計成覆蓋整個范圍，而沒有在其他軌道環軌放大器中發現的麻煩的過渡區。

通常，輸入偏置電流約為70pa；但是，超過電源的輸入電壓會導致過多的電流流入或流出輸入引腳。如果輸入電流被限制在10毫安，則可以容忍大于電源的瞬時電壓。使用輸入電阻可以很容易地實現這個限制，如圖18所示。

如果輸入電壓超過電源軌≥0.5 V，則需要限流電阻器。

內部偏移校正

OPA333和OPA2333運算放大器使用自動校準技術，信號路徑中有一個時間連續的350 kHz運算放大器。該放大器采用專有技術每8μs進行零點校正。通電后，放大器需要大約100μs才能達到規定的VOS精度。這種設計沒有混疊或閃爍噪聲。

實現運算放大器負軌的輸出擺動

例如，在某些情況下，電壓從5伏到0.5伏的范圍內，要求輸出電壓達到0.5伏。當單個運算放大器的輸出電壓接近下限時，大多數運算放大器會出現輸出電壓接近下限的問題。一個好的單電源運算放大器可能會在接近單電源接地的地方擺動，但不會到達地面。OPA333和OPA2333的輸出可以在一個電源上擺動到地面或略低于地面。這種擺動是通過使用另一個電阻器和一個比運算放大器負電源更多的負電源來實現的。可以在輸出端和附加的負電源之間連接一個下拉電阻，將輸出端拉低到輸出值以下，如圖19所示。

OPA333和OPA2333有一個輸出級，可以使用前面描述的技術將輸出電壓拉到負電源軌上，或略低于負極供電軌。這種技術只適用于某些類型的輸出級。OPA333和OPA2333的特點是采用這種技術；建議的電阻值約為20 kΩ。

注意：這種配置增加了幾百微安的電流消耗。

準確度在0伏以下，低至2毫伏。極限和非線性發生在-2毫伏以下，但在輸出再次驅動到-2毫伏以上后，仍能獲得優異的精度。降低下拉電阻的電阻可以使運算放大器在負軌下方擺動得更遠。低至10 kΩ的電阻可用于實現低至-10 mV的出色精度。

DFN包

OPA2333是在DFN-8包中提供的（也稱為SON）。DFN是一種QFN封裝，引線觸點僅位于封裝底部的兩側。這種無鉛封裝最大限度地擴大了電路板空間，并通過一個裸露的焊盤增強了熱特性和電氣特性。

DFN包物理上很小，路由面積更小，熱性能得到改善，并且電寄生性也得到了改善。此外，沒有外部引線消除了引線彎曲的問題。

DFN封裝可以使用標準PCB組裝技術輕松安裝。

注意

包裝底部外露的引線框架模具墊應連接到V-或保持不連接。

設備功能模式

OPAx333設備具有單一功能模式。只要電源電壓在1.8 V（±0.9 V）和5.5 V（±2.75 V）之間，設備即通電。

應用與實施

注意

以下應用章節中的信息不是TI組件規范的一部分，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，以確認系統功能。

申請信息

OPAx333系列是一個單位增益穩定，精度運算放大器具有非常低的偏移電壓漂移；這些器件也沒有輸出相位反轉。噪聲或高阻抗電源的應用要求去耦電容器靠近設備電源引腳。在大多數情況下，0.1-μF電容器就足夠了。

典型應用

高壓側電壓-電流（V-I）轉換器

圖20所示的電路是一個高壓側電壓-電流（V-I）轉換器。它的輸入電壓從0伏到2伏，輸出電流從0毫安到100毫安。圖21顯示了該電路的測量傳遞函數。OPA333的低失調電壓和偏移漂移有助于提高電路的直流精度。

設計要求

設計要求如下：

•電源電壓：5 V DC

•輸入：0 V至2 V DC

•輸出：0毫安至100毫安直流電

詳細設計程序

電路的V-I傳遞函數基于輸入電壓VIN和三個電流感應電阻器RS1、RS2和RS3之間的關系。VIN和RS1之間的關系決定了流經設計第一階段的電流。從第一級到第二級的電流增益基于RS2和RS3之間的關系。

對于成功的設計，請密切注意為應用選擇的運算放大器的直流特性。為了滿足性能目標，該應用程序得益于具有低失調電壓、低溫度漂移和軌間輸出的運算放大器。opa2333cmos運算放大器是一種高精度、5-uV偏置、0.05-μV/°C漂移放大器，適用于低電壓、單電源操作，輸出擺幅在正軌50毫伏以內。OPA2333系列使用斬波技術來提供較低的初始偏移電壓和隨時間和溫度而接近零的漂移。低失調電壓和低漂移降低了系統中的偏移誤差，使這些器件適用于精確的直流控制。OPA2333的軌對軌輸出級確保運算放大器的輸出擺幅能夠完全控制供應軌內MOSFET器件的柵極。

TIPD102給出了詳細的誤差分析、設計步驟和附加測量結果。

應用曲線

精密、低電平電壓-電流（V-I）轉換器

圖22所示的電路是一個精密的低電平電壓-電流（V-I）轉換器。轉換器的輸入電壓為0 V到5 V，輸出電流為0μA到5μA。圖23顯示了該電路的測量傳遞函數。OPA333的低失調電壓和偏移漂移有助于提高電路的直流精度。圖24顯示了整個電路范圍的校準誤差。

設計要求

設計要求如下：

•電源電壓：5 V DC

•輸入：0 V至5 V DC

•輸出：0μA至5μA DC

詳細設計程序

電路的V-I傳遞函數基于輸入電壓、VIN、RSET和儀表放大器（INA）增益之間的關系。在運行期間，輸入電壓除以INA增益出現在等式1中的整定電阻器上：

通過RSET的電流必須流過負載，所以IOUT是VSET/RSET。只要通過RSET和RLOAD的總電壓不違反運算放大器的輸出限制或INA的輸入共模限制，IOUT仍然是一個良好調節的電流。設定電阻（VSET）上的電壓是輸入電壓除以INA增益（即VSET=1V/10=0.1V）。電流由VSET和RSET確定，如等式2所示：

TIPD107給出了詳細的誤差分析、設計步驟和附加測量結果。

應用曲線

復合放大器

圖25所示的電路是一個復合放大器，用于驅動ADS8881上的基準。OPA333提供出色的直流精度，THS4281允許電路的輸出快速響應典型SAR數據轉換器參考輸入的瞬態電流要求。ADS8881系統針對THD進行了優化，并獲得了–110分貝的實測性能。ADC的線性度如圖26所示。

設計要求

本區塊設計的設計要求如下：

•系統電源電壓：5 V DC

•ADC電源電壓：3.3 V DC

•ADC采樣率：1 MSPS

•ADC參考電壓（VREF）：4.5 V DC

•ADC輸入信號：將振幅為Vpk=4.315 V（–0.4 dBFS以避免削波）和頻率fIN=10 kHz的差分輸入信號應用于ADC的每個差分輸入

詳細設計程序

使高分辨率SAR ADC性能最大化的兩個主要設計考慮因素是輸入驅動器和參考驅動器設計。該電路包括關鍵模擬電路塊、輸入驅動器、抗混疊濾波器和參考驅動器。每個模擬電路塊應根據ADC性能規范進行仔細設計，以便在低功耗的同時最大限度地提高數據采集系統的失真和噪聲性能。該圖包括每個單獨模擬塊的最重要規格。本設計系統地探討了每個模擬電路塊的設計，以實現對10 kHz正弦輸入信號的16位、低噪聲和低失真的數據采集系統。設計的第一步需要了解極低失真輸入驅動放大器的要求。這種理解有助于決定一個適當的輸入驅動器配置和選擇一個輸入放大器，以滿足系統要求。下一個重要的步驟是設計抗混疊RC濾波器，以衰減ADC反沖噪聲，同時保持放大器的穩定性。最后的設計挑戰是設計一個高精度的參考驅動電路，它將提供所需的值VREF和低偏移，漂移和噪聲貢獻。

在設計一個非常低失真的數據采集模塊時，了解非線性的來源是很重要的。ADC和輸入驅動器都會在數據采集塊中引入非線性。為了達到最低失真，高性能SAR ADC的輸入驅動器必須具有相對于ADC失真可以忽略的失真。此參數要求輸入驅動器失真比ADC THD低10 dB。這一嚴格要求確保系統的總諧波失真不超過–0.5 dB。

因此，重要的是選擇一個滿足上述標準的放大器，以避免系統THD受到輸入驅動器的限制。反饋系統中放大器的非線性依賴于可用的環路增益。TIPD115給出了詳細的誤差分析、設計步驟和附加測量結果。

應用曲線

系統示例

溫度測量應用

圖27顯示了溫度測量。

單運放電橋放大器的應用

圖28顯示了橋式放大器的基本配置。

低壓側電流監測器應用

圖29顯示了一個低側電流分流監測器。RN是用于將ADS1100與數字I2C總線的噪聲隔離的操作電阻器。ADS1100是一個16位轉換器；因此，精確的基準對于最大精度是必不可少的。如果不需要絕對精度，并且5V電源足夠穩定，可以省略REF3130。

注：1%的電阻在小的接地回路誤差下提供足夠的共模抑制。

其他應用

圖30到圖33顯示了其他應用程序的思想。

（1）、齊納額定運放電源能力（也就是說，5.1V的OPA333）。

（2）、限流電阻器。

（3）、選擇齊納偏置電阻或雙N-mosfet（FDG6301N、NTJD4001N或Si1034）。

（1）、其他儀表放大器也可以使用，如INA326，它有較低的噪聲，但較高的靜態電流。

電源建議

OPAx333規定在1.8 V至5.5 V（±0.9 V至±2.75 V）下工作；許多規格適用于-40°C至125°C。典型特性所示參數可顯示工作電壓或溫度的顯著差異。

注意安全

大于7 V的電源電壓可能會永久損壞設備（見絕對最大額定值）。

TI建議在電源引腳附近放置0.1-μF的旁路電容器，以減少噪聲或高阻抗電源的耦合誤差。有關旁路電容器放置的詳細信息，請參閱布局部分。

布局

布局指南

總平面布置指南

注意良好的布局實踐。保持線路短，如有可能，使用印刷電路板（PCB）接地平面，表面安裝組件盡可能靠近設備引腳。將一個0.1-μF電容器緊挨著電源引腳放置。在整個模擬電路中應用這些指南，以提高性能并提供好處，例如降低電磁干擾（EMI）敏感性。

運算放大器對射頻干擾（RFI）的敏感性不同。RFI通常可以被識別為偏移電壓或直流信號電平隨干擾RF信號的變化而變化。OPA333是專門設計來最小化對射頻干擾的敏感度，與上一代設備相比，它的靈敏度非常低。強射頻場仍可能導致偏移水平的變化。

DFN布局指南

將DFN封裝上裸露的引線框架模具墊焊接到PCB上的熱焊盤上。機械數據表的布局示例見本圖末尾。根據裝配工藝要求，可能需要對該布局進行改進。本數據表末尾的機械圖紙列出了包裝和襯墊的物理尺寸。平臺圖案中的五個孔是可選的，用于連接引線框架模架墊和PCB上散熱片區域的熱通孔。

在溫度循環、按鍵、封裝剪切和類似的板級測試中，焊接暴露的焊盤顯著提高了板級可靠性。即使是低功耗的應用，裸露的焊盤也必須焊接到PCB上，以提供結構完整性和長期可靠性。

布局示例

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