Onsemi零漂移運算放大器NCS21871/2/4系列：小身材大作用

引言

在電子設(shè)備設(shè)計中，運算放大器是實現(xiàn)信號處理和控制的關(guān)鍵組件。Onsemi的NCS21871、NCS21872和NCS21874系列零漂移運算放大器，以其出色的性能和靈活的配置，在多個應(yīng)用領(lǐng)域中展示出了強大的威力。以下將詳細介紹這一系列運算放大器的特點、性能參數(shù)、典型應(yīng)用以及使用時的注意事項。

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產(chǎn)品概述

NCS21871、NCS21872和NCS21874系列零漂移運算放大器，在1.8V至5.5V的電源電壓范圍內(nèi)，具有低至45μV的失調(diào)電壓，且零漂移架構(gòu)將失調(diào)漂移降低至0.4μV/°C，能夠在時間和溫度變化時實現(xiàn)高精度測量。該系列功耗低、動態(tài)范圍寬，且采用節(jié)省空間的封裝形式，適用于便攜式、工業(yè)、汽車、醫(yī)療和消費市場的信號調(diào)理電路。

產(chǎn)品特性

性能參數(shù)出色

1. 增益帶寬乘積：270kHz到350kHz，能夠滿足不同頻率信號處理的需求。
2. 低電源電流：在3.3V時典型值為17μA，有助于降低功耗，延長設(shè)備的電池續(xù)航時間。
3. 低失調(diào)電壓：最大45μV，確保信號處理的高精度。
4. 低失調(diào)漂移：最大0.4μV/°C，減少了溫度變化對性能的影響。
5. 寬電源范圍：1.8V至5.5V，適應(yīng)不同的電源供電條件。
6. 寬溫度范圍：-40°C至+125°C，可在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。
7. 軌到軌輸入和輸出：能夠充分利用電源電壓范圍，提高信號處理的動態(tài)范圍。

封裝形式多樣

提供單通道、雙通道和四通道配置，并且有多種封裝可供選擇，如SOT23 - 5、SC70 - 5、UDFN8、MSOP - 8、SOIC - 8、SOIC - 14、TSSOP - 14等，方便不同應(yīng)用場景下的布局設(shè)計。

汽車級應(yīng)用支持

帶有NCV前綴的產(chǎn)品適用于汽車和其他有獨特場地和控制變更要求的應(yīng)用，符合AEC - Q100標準并具備PPAP能力。

電氣特性分析

輸入特性

在VS = +5V時，失調(diào)電壓最大為45μV；失調(diào)電壓隨溫度的漂移最大為0.4μV/°C；失調(diào)電壓隨電源的漂移在TA = +25°C時最大為8μV/V。輸入偏置電流在TA = +25°C時典型值為±60pA，全溫度范圍最大為400pA；輸入失調(diào)電流在TA = +25°C時典型值為±50pA，全溫度范圍最大為800pA。共模抑制比在不同電源電壓下表現(xiàn)良好，如VS = 1.8V時為111dB，VS = 3.3V時為118dB等。

輸出特性

開環(huán)電壓增益在VSS + 100mV < VO < VDD - 100mV時為106 - 145dB；輸出電壓高（參考VDD）在TA = +25°C時為10 - 80mV，全溫度范圍最大為80mV；輸出電壓低（參考VSS）在TA = +25°C時為10 - 80mV，全溫度范圍最大為80mV。輸出灌電流典型值為11mA，拉電流典型值為5.0mA。

噪聲性能

電壓噪聲密度在fIN = 1kHz時為62nV/√Hz；0.1Hz至10Hz的電壓噪聲為1.1μVPP；電流噪聲密度在fIN = 10Hz時為350fA/√Hz。通道分離度在NCS21872和NCS21874中為135dB。

動態(tài)性能

增益帶寬乘積在CL = 100pF時，NCS21871和NCS21874為350kHz，NCS21872為270kHz；增益裕度在CL = 100pF時為18dB；相位裕度在CL = 100pF時為55°；壓擺率在G = 1，VDD = 5.5V時為0.1V/μs，G = 1，VDD = 1.8V時為0.05V/μs。

電源特性

電源抑制比在TA = +25°C時為106 - 130dB，全溫度范圍為98dB；開啟時間在VS = 5V時為100μs。靜態(tài)電流在1.8V ≤ VS ≤ 3.3V時為20 - 40μA，3.3V < VS ≤ 5.5V時為28 - 45μA。

典型應(yīng)用

低側(cè)電流傳感

低側(cè)電流傳感用于監(jiān)測負載電流，可檢測過流情況并常用于反饋控制。在電路中，將一個感測電阻與負載串聯(lián)接地，通常感測電阻值小于100mΩ以減少電阻上的功率損耗。運算放大器通過外部電阻R1、R2、R3和R4（其中R1 = R2，R3 = R4）設(shè)置增益，對感測電阻上的電壓降進行放大。為了實現(xiàn)高精度測量，需要使用精密電阻，并設(shè)置增益以充分利用ADC的滿量程，從而獲得最高分辨率。

橋接電路差分放大器

測量應(yīng)變、壓力和溫度的傳感器通常采用惠斯通電橋電路。在測量過程中，產(chǎn)生的電壓變化相對較小，需要在進入ADC之前進行放大。由于這些應(yīng)用對增益、噪聲和失調(diào)電壓要求較高，因此推薦使用精密放大器。

電磁干擾（EMI）抑制

運算放大器對EMI的敏感度不同，半導體結(jié)可能會拾取并整流EMI信號，導致輸出端出現(xiàn)EMI感應(yīng)電壓偏移，增加總誤差。輸入引腳對EMI最為敏感，NCS21871系列運算放大器集成了低通濾波器，以降低對EMI的敏感度。

設(shè)計建議

PCB布局

為確保設(shè)備性能最佳，應(yīng)遵循良好的PCB設(shè)計原則。將0.1μF去耦電容盡可能靠近電源引腳放置，縮短走線長度，使用接地平面，選擇表面貼裝元件，并將元件盡可能靠近設(shè)備引腳。這些措施可以減少電磁干擾（EMI）的影響。

熱電效應(yīng)處理

熱電效應(yīng)可能會在輸入引腳產(chǎn)生額外的溫度相關(guān)失調(diào)電壓。為減少這種影響，應(yīng)使用低熱電系數(shù)的金屬，并避免熱源或冷卻風扇造成的溫度梯度。

UDFN8封裝注意事項

UDFN8封裝底部有一個暴露的引線框架管芯焊盤，應(yīng)將其焊接到PCB上。中心焊盤可以電氣連接到VSS，也可以浮空。連接到VSS時，中心焊盤可作為散熱片，改善器件的熱阻。

總結(jié)

Onsemi的NCS21871、NCS21872和NCS21874系列零漂移運算放大器以其低失調(diào)電壓、低失調(diào)漂移、寬電源范圍和良好的動態(tài)性能，為電子工程師在設(shè)計高精度信號調(diào)理電路時提供了一個可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，合理選擇封裝形式、注意PCB布局和熱電效應(yīng)處理，能夠充分發(fā)揮該系列運算放大器的優(yōu)勢，滿足不同領(lǐng)域的設(shè)計需求。你在使用這類運算放大器時，是否也遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。