Onsemi NCS20081/2/4和NCV20081/2/4運算放大器：低功耗與高性能的完美結(jié)合

在電子設(shè)計領(lǐng)域，運算放大器（Op Amp）是不可或缺的基礎(chǔ)元件之一。Onsemi推出的NCS20081/2/4和NCV20081/2/4系列運算放大器，憑借其低功耗、寬帶寬和良好的性能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。本文將深入介紹這一系列運算放大器的特點、性能參數(shù)以及應(yīng)用注意事項。

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產(chǎn)品概述

NCS20081/2/4系列是單、雙和四通道運算放大器家族，具有1.2 MHz的增益帶寬積（GBWP），每個運算放大器的靜態(tài)電流僅為42 μA。其輸入失調(diào)電壓為4 mV，工作電源電壓范圍從1.8 V到5.5 V，工作溫度范圍為 -40 °C至 +125 °C。該系列采用軌到軌輸入/輸出（Rail-to-Rail In/Out）操作，能夠充分利用整個電源電壓范圍，同時發(fā)揮1.2 MHz GBWP的優(yōu)勢，性能優(yōu)于許多行業(yè)標準部件。帶有NCV前綴的器件符合AEC-Q100標準，適用于汽車等對可靠性要求較高的應(yīng)用。

產(chǎn)品特點

寬帶寬與低功耗

• 寬帶寬：具有1.2 MHz的增益帶寬積，能夠滿足許多高速信號處理的需求。
• 低功耗：每個通道的靜態(tài)電流僅為42 μA（(V_{S}=1.8 ~V)），有效降低了系統(tǒng)的功耗，延長了電池供電設(shè)備的續(xù)航時間。

低輸入失調(diào)電壓

最大輸入失調(diào)電壓為4 mV，確保了運算放大器在信號處理過程中的準確性和穩(wěn)定性。

寬電源范圍和溫度范圍

• 寬電源范圍：工作電源電壓范圍為1.8 V到5.5 V，能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -40 °C至 +125 °C，適用于各種惡劣的工作環(huán)境。

軌到軌輸入輸出

軌到軌輸入輸出操作允許運算放大器充分利用整個電源電壓范圍，提高了信號處理的動態(tài)范圍。

多種封裝形式

提供單通道、雙通道和四通道的封裝形式，包括SC70-5、TSOP-5/SOT23-5、Micro8/MSOP8、SOIC-8、TSSOP-8、TSSOP-14、SOIC-14和UDFN6等，方便工程師根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行選擇。

汽車級應(yīng)用認證

帶有NCV前綴的器件符合AEC-Q100標準，適用于汽車等對可靠性要求較高的應(yīng)用。

環(huán)保特性

這些器件無鉛、無鹵素/無溴化阻燃劑（BFR Free），符合RoHS標準，符合環(huán)保要求。

性能參數(shù)

絕對最大額定值

• 電源電壓：(V_{S}) 最大為6 V。
• 輸入電壓：(V{I}) 范圍為 (V{SS} - 0.5) 到 (V_{DD} + 0.5) V。
• 差分輸入電壓：(V{ID}) 最大為 (pm V{s}) V。
• 最大輸入電流：(I_{I}) 最大為 (pm 10) mA。
• 最大輸出電流：(I_{O}) 最大為 (pm 100) mA。
• 連續(xù)總功耗：(P_{D}) 最大為200 mW。
• 最大結(jié)溫：(T_{J}) 最大為150 °C。
• 存儲溫度范圍：(T_{STG}) 為 -65 °C至150 °C。
• 安裝溫度：(T_{mount}) 最大為260 °C（紅外或?qū)α?0秒）。
• ESD能力：人體模型（HBM）和帶電器件模型（CDM）的ESD能力均為2000 V。
• 閂鎖電流：(I_{LU}) 最大為100 mA。
• 濕度敏感度等級：MSL為1級。

電氣特性

在不同的電源電壓下（(V{S}=1.8 ~V)、(V{S}=3.3 ~V) 和 (V{S}=5.5 ~V)），該系列運算放大器具有不同的電氣特性，包括輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、開環(huán)電壓增益、短路電流、輸出電壓擺幅、交流特性、噪聲特性和電源特性等。例如，在 (V{S}=1.8 ~V) 時，輸入失調(diào)電壓最大為3.5 mV，開環(huán)電壓增益為86 - 120 dB，總諧波失真加噪聲（THD+N）為0.005%。

典型性能特性

通過一系列的典型性能特性曲線，我們可以更直觀地了解該系列運算放大器在不同條件下的性能表現(xiàn)，包括靜態(tài)電流與電源電壓、溫度的關(guān)系，失調(diào)電壓與電源電壓、溫度、共模電壓的關(guān)系，開環(huán)增益和相位裕度與頻率的關(guān)系，總諧波失真加噪聲與輸出電壓、頻率的關(guān)系，輸入電壓噪聲和電流噪聲與頻率的關(guān)系，電源抑制比（PSRR）與頻率的關(guān)系，共模抑制比（CMRR）與頻率的關(guān)系等。

應(yīng)用信息

防止相位反轉(zhuǎn)

NCS運算放大器設(shè)計用于防止輸入引腳電位超過電源電壓達100 mV時出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)或類似問題。其輸入級由兩個并聯(lián)的差分CMOS輸入級組成，分別適用于低共模輸入電壓和高共模輸入電壓，在約 (V_{DD} - 1.3V) 的共模輸入電壓處發(fā)生切換。

限制輸入電壓和電流

為防止放大器損壞或不正常工作，應(yīng)用電路必須確保輸入引腳的電壓和電流不超過絕對最大額定值。內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)包含特殊二極管，可在保持低輸入偏置電流的同時保護輸入級。在某些應(yīng)用中，可能需要添加外部鉗位二極管來防止過大電壓到達運算放大器輸入。同時，通過添加串聯(lián)電阻來限制輸入引腳的電流，將輸入引腳電流限制在絕對最大值以內(nèi)。

軌到軌輸出

最大輸出電壓擺幅取決于特定的輸出負載。當負載電阻為10 kΩ時，輸出可以達到距任一電源軌25 mV以內(nèi)。輸出電流內(nèi)部限制為典型值15 mA。

驅(qū)動容性負載

驅(qū)動容性負載可能會導(dǎo)致電壓反饋運算放大器出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，如相位裕度降低、帶寬下降、頻率響應(yīng)增益峰值、階躍響應(yīng)過沖和振鈴等。NCS(V)20081/2/4系列運算放大器能夠驅(qū)動高達100 pF的容性負載，通過在輸出端串聯(lián)一個小電阻（R_ISO）可以增加反饋回路的相位裕度，提高穩(wěn)定性。

單位增益帶寬

在將高阻抗傳感器輸出連接到相對低阻抗的ADC輸入時，通常需要一個中間級來避免兩個設(shè)備之間的干擾。單位增益緩沖器是一個不錯的選擇，它具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和高輸出電流的特點。為了實現(xiàn)比多路復(fù)用采樣率更短的建立時間，建議在緩沖器和ADC輸入之間添加一個RC級。

電源旁路

對于交流信號，電源引腳（VDD和VSS用于分離電源，VDD用于單電源）應(yīng)使用100 nF的優(yōu)質(zhì)電容器（推薦陶瓷電容器，因其具有低ESR和良好的高頻響應(yīng)）在運算放大器的電源引腳附近進行局部旁路。對于直流信號，距離運算放大器幾英寸范圍內(nèi)的1 μF大容量電容器可以提供驅(qū)動更高負載所需的額外電流。

未使用的運算放大器

在某些應(yīng)用中，四通道封裝中的運算放大器可能并非全部需要?？梢詫⑽词褂玫倪\算放大器連接為“緩沖接地”，避免因不同的連接方式（如輸入連接到電源軌、浮空等）導(dǎo)致不必要的振蕩、串擾、電流消耗增加或向電源軌添加噪聲。

PCB表面泄漏

如果對最低輸入偏置電流有嚴格要求，應(yīng)考慮印刷電路板（PCB）的表面泄漏影響。在惡劣環(huán)境條件下，建議對整個電路板表面（包括所有暴露的金屬引腳和焊接區(qū)域）進行保護，如采用 conformal coating或用樹脂灌封電路板。另一種減少泄漏的方法是在敏感引腳和焊盤周圍使用保護環(huán)。

PCB布線建議

為了達到指定的運算放大器參數(shù)并避免高頻干擾問題，PCB布局應(yīng)遵循一些基本準則：

• 盡可能使用專用的接地平面層，并通過過孔將所有電源去耦電容器連接到該層。
• 銅跡線應(yīng)盡可能短。
• 大電流路徑不應(yīng)與小信號或低電流跡線共享。
• 如果存在開關(guān)電源模塊，應(yīng)將其遠離模擬敏感區(qū)域，以避免潛在的傳導(dǎo)和輻射噪聲問題。
• 當不同的電路類型共享同一電路板時，建議將電源區(qū)域、數(shù)字區(qū)域和小信號模擬區(qū)域分開。
• 信號路徑中的小信號部件應(yīng)盡可能靠近運算放大器的輸入引腳。
• 在某些情況下，可能需要對敏感區(qū)域和“干擾源”模塊進行金屬屏蔽。

應(yīng)用示例

二階有源低通濾波器

使用低輸入偏置電流的運算放大器可以在相同的濾波器應(yīng)用中使用更高值的電阻和更小的電容器。然而，更高值的電阻可能會帶來更高的噪聲和對電路板污染的敏感性，以及可能的頻率響應(yīng)變化。以NCS2008x運算放大器為例的有源低通濾波器，其3 dB帶寬約為25 KHz，隨后以 -40 dB/dec的斜率下降。這種在采樣信號頻段具有平坦響應(yīng)的濾波器建議作為ADC的前端，以避免混疊。

總結(jié)

Onsemi的NCS20081/2/4和NCV20081/2/4系列運算放大器以其低功耗、寬帶寬、良好的性能和多種封裝形式，為電子工程師在傳感器信號調(diào)理、低電壓電流傳感、濾波電路、單位增益緩沖等應(yīng)用中提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和條件，合理選擇封裝形式、考慮輸入保護、負載驅(qū)動能力、電源旁路和PCB布局等因素，以充分發(fā)揮該系列運算放大器的性能優(yōu)勢。你在使用運算放大器的過程中遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。