特征

●寬帶+5V工作：225MHz（G=+2）

●單位增益穩(wěn)定：280MHz（G=1）

●高輸出電流：150mA

●輸出電壓擺幅：±4.0V

●高轉(zhuǎn)換率：2100V/μs

●低dG/dφ：.001%/.01°

●低供電電流：6mA

●低失能電流：320μA

應(yīng)用

●xDSL線路驅(qū)動器

●寬帶視頻緩沖器

●高速成像通道

●便攜式儀器

●ADC緩沖器

●有源濾波器

●寬帶逆變和

●高SFDR中頻放大器

說明

OPA681為寬帶電流反饋運(yùn)算放大器設(shè)定了一個新的性能水平。在非常低的6mA電源電流下運(yùn)行，OPA681提供了一個轉(zhuǎn)換率和輸出功率，通常與更高的供電電流相關(guān)。一個新的輸出級結(jié)構(gòu)提供了一個高輸出電流最小的電壓凈空和交叉失真。這提供了特殊的單一供應(yīng)操作。使用單+5V電源，OPA681可以提供1V到4V的輸出擺幅，驅(qū)動電流超過100mA，帶寬為150MHz。這種功能組合使OPA681成為理想的RGB線路驅(qū)動器或單電源ADC輸入驅(qū)動器。

OPA681的低6mA電源電流在25°C下精確調(diào)整。這種微調(diào)以及低溫度漂移，保證了比競爭產(chǎn)品更低的保證最大供電電流。可通過使用可選的禁用控制引腳進(jìn)一步降低系統(tǒng)功率。保持此禁用引腳處于打開狀態(tài)，或保持在高位，即可正常工作。如果拉低，OPA681的電源電流將下降到320μA以下，同時輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。此功能可用于節(jié)能或視頻多路復(fù)用應(yīng)用。

OPA681相關(guān)產(chǎn)品

200MHz射頻求和放大器

典型性能曲線：VS=±5V

G=+2，RF=402Ω，RL=100Ω，除非另有說明（見圖1）。

G=+2，RF=499Ω，RL=100Ω至+2.5V，除非另有說明（見圖2）。

應(yīng)用程序信息

寬帶電流反饋操作

OPA681提供了寬帶電流反饋運(yùn)算放大器的卓越交流性能，具有高度線性、高功率輸出級。只需要6mA的靜態(tài)電流，OPA681將擺動至任一供電軌的1V范圍內(nèi)，并在室溫下保證提供超過135mA的電流。這種低輸出凈空要求，加上獨(dú)立于電源電壓的偏壓，提供了顯著的單（+5V）電源操作。OPA681將提供大于200MHz的帶寬，在單個+5V電源上驅(qū)動2Vp-p輸出到100Ω。以前的增強(qiáng)輸出級放大器通常由于輸出電流過零而遭受非常差的交叉失真。OPA681實(shí)現(xiàn)了一個相當(dāng)?shù)墓β试鲆婧透玫木€性度。電流反饋運(yùn)放比電壓反饋運(yùn)放的主要優(yōu)點(diǎn)是交流性能（帶寬和失真）與信號增益相對獨(dú)立。對于低增益下類似的交流性能，在提高直流精度的情況下，考慮高轉(zhuǎn)換率、單位增益穩(wěn)定、電壓反饋OPA680。

圖1顯示了作為±5V規(guī)格和典型性能曲線基礎(chǔ)的直流耦合+2增益雙電源電路配置。出于測試目的，使用接地電阻將輸入阻抗設(shè)置為50Ω，使用串聯(lián)輸出電阻將輸出阻抗設(shè)置為50Ω。規(guī)范中報告的電壓波動直接在輸入和輸出引腳處獲得，而負(fù)載功率（dBm）則在匹配的50Ω負(fù)載下定義。對于圖1中的電路，總有效負(fù)載為100Ω||804Ω=89Ω。禁用控制線（DIS）通常保持打開，以保證放大器正常工作。圖1中包含一個可選組件。除了通常的電源對地解耦合電容器外，兩個電源引腳之間還包括一個0.1μF電容器。在實(shí)際的PC板布局中，這種可選的附加電容器通常會將2次諧波失真性能提高3分貝至6分貝。

圖2顯示了交流耦合，+2增益，單電源電路配置，用作+5V規(guī)格和典型性能曲線的基礎(chǔ)。雖然不是“railto-rail”設(shè)計(jì)，但與其他非常寬頻帶電流反饋運(yùn)算放大器相比，OPA681需要最小的輸入和輸出電壓余量。它將提供一個3Vp-p輸出擺幅單+5V的帶寬大于150MHz。寬帶單電源運(yùn)行的關(guān)鍵要求是保持輸入和輸出信號在輸入和輸出的可用電壓范圍內(nèi)擺動。圖2的電路使用來自+5V電源（兩個806Ω電阻器）的簡單電阻分壓器建立輸入中點(diǎn)偏置。然后輸入信號被交流耦合到這個中點(diǎn)電壓偏置中。輸入電壓可以在任何一個電源引腳的1.5V范圍內(nèi)擺動，在電源引腳之間提供一個2Vp-p輸入信號范圍。調(diào)整用于測試的輸入阻抗匹配電阻器（57.6Ω），以在包括偏置分配器網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)組合時提供50Ω的輸入匹配。增益電阻（RG）是交流耦合的，給電路一個+1的直流增益，這也將輸入直流偏置電壓（2.5V）施加在輸出端。反饋電阻值已從雙極供電條件進(jìn)行調(diào)整，以便在+5V、增益為+2的情況下重新優(yōu)化平坦頻率響應(yīng)（請參閱設(shè)置電阻值以優(yōu)化帶寬）。同樣，在單個+5V電源上，輸出電壓可以在任何一個電源引腳的1V范圍內(nèi)擺動，同時提供超過80mA的輸出電流。在這個特性化電路中使用了一個要求100Ω的負(fù)載到一個中點(diǎn)偏置。OPA681中使用的新的輸出級可以以最小的交叉失真將大的雙極輸出電流傳輸?shù)竭@個中點(diǎn)負(fù)載中，如+5V電源、三次諧波失真圖所示。

單電源A/D轉(zhuǎn)換器接口

大多數(shù)現(xiàn)代的高性能A/D轉(zhuǎn)換器（如德州儀器公司的ADS8xx和ADS9xx系列）都是在一個+5V（或更低）的電源上工作的。對于單電源運(yùn)算放大器來說，在信號頻率超過5MHz的ADC輸入端提供低失真輸入信號是一個相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。OPA681的高轉(zhuǎn)換率、異常的輸出擺幅和高線性度使其成為理想的單電源ADC驅(qū)動器。圖3顯示了一個非常高性能10位60MSPS CMOS轉(zhuǎn)換器的輸入接口示例。

圖3電路中的OPA681提供了>180MHz帶寬，信號增益為+4，輸出擺幅為2Vp-p。OPA681中使用的電流反饋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是，隨著信號增益的增加，可以保持高帶寬。通過劃分內(nèi)部ADC參考梯形圖的頂部和底部，非反相輸入偏置電壓參考ADC信號范圍的中點(diǎn)。在增益電阻（RG）交流耦合的情況下，該偏壓對輸出的增益為+1，同時也使輸出電壓擺幅居中。在20MHz模擬輸入頻率和60MSPS時鐘頻率下測試的性能給出>58dBc的SFDR。

寬帶逆變和放大器

由于電流反饋運(yùn)算放大器的信號帶寬可以獨(dú)立于噪聲增益（NG，其通常與非反相信號增益相同）來控制，因此可以使用OPA681來實(shí)現(xiàn)非常寬帶的反相求和級。本數(shù)據(jù)表首頁的電路顯示了一個反向求和放大器的例子，其中電阻值已調(diào)整以保持最大帶寬和輸入阻抗匹配。如果假設(shè)每個射頻信號由50Ω源驅(qū)動，則該電路的NG將為（1+100Ω/（100Ω/5））=6。總反饋?zhàn)杩梗◤腣O到逆變誤差電流）是RF+（RI x NG）的總和，其中RI是從求和結(jié)看逆變輸入的阻抗（參見設(shè)置電阻值以優(yōu)化性能部分）。使用100Ω反饋（從每個輸入到輸出引腳的信號增益為–2）需要一個額外的20Ω與逆變輸入串聯(lián)，以增加反饋?zhàn)杩埂⒋穗娮杵魈砑拥降湫偷膬?nèi)部RI=41Ω時，總反饋?zhàn)杩篂?00Ω+（65Ωx 6）=490Ω，等于在NG=6時獲得最大帶寬平坦頻率響應(yīng)所需的值。測試的性能顯示，在匹配的50Ω負(fù)載下，通過100MHz，小信號帶寬超過200MHz，壓縮15dBm–1dBm。

寬帶視頻多路復(fù)用

視頻速度放大器（包括禁用管腳）的一個常見應(yīng)用是將多個放大器輸出連接在一起，然后從幾個可能的視頻輸入中選擇哪一個輸入到一條線路上。這個簡單的“有線或視頻多路復(fù)用器”可以很容易地使用OPA681實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。

通常，在視頻信號中的同步或回溯時間執(zhí)行信道切換。此時兩個輸入大約相等。OPA681的“先通后斷”的禁用特性確保了在使用如圖4所示的有線或電路時，始終有一個放大器控制線路。由于兩個輸入在通道之間的轉(zhuǎn)換過程中可能短時間處于接通狀態(tài)，因此輸出通過輸出阻抗匹配電阻器（在本例中為82.5Ω）進(jìn)行組合。當(dāng)一個通道被禁用時，它的反饋網(wǎng)絡(luò)形成了輸出阻抗的一部分，并在輸出到電纜上時輕微地衰減信號。增益和輸出匹配電阻略有增加，以在匹配負(fù)載下獲得+1的信號增益，并為電纜提供75Ω的輸出阻抗。視頻多路復(fù)用器連接（圖4）還可確保未選定信道輸入端的最大差動電壓不超過標(biāo)準(zhǔn)視頻信號電平的額定±1.2V最大值。

禁用操作部分顯示了使用單通道接地輸入的開啟和關(guān)閉開關(guān)故障通常小于±50mV。當(dāng)兩個輸出被切換時（如圖6所示），由于“先通后斷”的禁用定時，輸出線始終由一個或另一個放大器控制。在這種情況下，兩個0V輸入的開關(guān)故障降至<20mV。

單電源中頻放大器

OPA681提供的高帶寬，同時運(yùn)行在一個單一的+5V電源本身很適合中頻放大器的應(yīng)用。使用像OPA681這樣的運(yùn)算放大器作為中頻放大器的一個優(yōu)點(diǎn)是，與靜態(tài)功耗相比，可以實(shí)現(xiàn)精確的信號增益以及更低的三階互調(diào)。此外，OPA681在SOT23-6封裝中提供了一個非常小的封裝，具有電源關(guān)閉功能，適用于便攜式應(yīng)用。在中頻放大器中使用運(yùn)算放大器的一個問題是它們的噪聲系數(shù)相對較高。有時有人建議，最佳源電阻可以用來最小化運(yùn)算放大器的噪聲系數(shù)。增加一個電阻來達(dá)到這個最佳值可以提高噪聲系數(shù)，但實(shí)際上會降低信噪比。一種更有效的方法是通過輸入變壓器將信號引入。圖5顯示了一個對OPA681特別有用的示例。

通過升壓變壓器將信號引入逆變輸入增益電阻器對OPA681有幾個優(yōu)點(diǎn)。首先，非逆變輸入端的去耦電容消除了非逆變輸入電流噪聲對輸出噪聲的貢獻(xiàn)。其次，如果運(yùn)算放大器的輸入噪聲電壓被反射到RG的輸入側(cè)，它實(shí)際上被衰減了。使用1:2（匝數(shù)比）的升壓變壓器將一次側(cè)至二次側(cè)的50Ω源阻抗作為200Ω源阻抗（200ΩRG電阻通過變壓器一次側(cè)作為50Ω輸入匹配阻抗反射）。放大器輸出的噪聲增益（NG）為1+600/400=2.5V/V。將運(yùn)算放大器的2.2nV/√Hz輸入電壓噪聲乘以輸出的噪聲增益，然后將該噪聲項(xiàng)反射到RG電阻器的輸入側(cè)，除以3。當(dāng)反射到運(yùn)算放大器電路的輸入點(diǎn)時，非反相輸入電壓噪聲的凈增益為0.833。當(dāng)回到變壓器一次側(cè)時，這將進(jìn)一步降低。

圖5中相對較低的增益中頻放大器電路在變壓器的輸入端給出了12dB的噪聲系數(shù)。將RF電阻增加到600Ω（一旦RG設(shè)置為200Ω以進(jìn)行輸入阻抗匹配），將略微降低帶寬。測量結(jié)果表明，圖5電路的小信號帶寬為150MHz，通過30MHz的平坦度非常高。盡管OPA681在2音、3階互調(diào)失真方面沒有表現(xiàn)出截獲特性，但它通過高輸出功率和高頻率保持了非常高的無雜散動態(tài)范圍。圖5中單電源電路匹配負(fù)載下的最大單音功率為1dBm（這要求2音包絡(luò)在OPA681的輸出引腳處有2.8Vp-p的擺動）。圖5電路在該最大負(fù)載功率下測得的2音SFDR在頻率至30MHz時超過55dBc。

設(shè)計(jì)工具

示范板

在使用OPA681的三種封裝風(fēng)格下，有幾個PC板可用于輔助電路性能的初步評估。所有這些都是免費(fèi)的，作為一個不受歡迎的個人電腦板提供說明文件。下表顯示了這些板的摘要信息。

請聯(lián)系TI應(yīng)用支持熱線以請求任何這些板。

宏模型和應(yīng)用程序支持

在分析模擬電路和系統(tǒng)的性能時，使用SPICE對電路性能進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬是非常有用的。這對于視頻和射頻放大器電路尤其如此，因?yàn)榧纳娙莺碗姼袝﹄娐沸阅墚a(chǎn)生重大影響。OPA681的SPICE模型可以通過TI網(wǎng)站獲得或作為TI應(yīng)用部門的磁盤上的一個型號（1-800-548-6132）。應(yīng)用部門也可以通過此號碼獲得設(shè)計(jì)幫助。這些模型可以很好地預(yù)測各種運(yùn)行條件下的小信號交流和瞬態(tài)性能。它們在預(yù)測諧波失真或dG/dφ方面的效果并不理想特征。這些型號不試圖區(qū)分封裝類型在其小信號交流性能。

操作建議

設(shè)置電阻值以優(yōu)化帶寬

像OPA681這樣的電流反饋運(yùn)算放大器可以通過適當(dāng)調(diào)整外部電阻值來保持幾乎恒定的信號增益帶寬。典型的性能曲線顯示了這一點(diǎn)；隨著增益的增加，小信號帶寬僅略有下降。這些曲線還表明，反饋電阻已經(jīng)改變了每個增益設(shè)置。電流反饋運(yùn)放電路逆變側(cè)的電阻“值”可被視為頻率響應(yīng)補(bǔ)償元件，而它們的“比值”設(shè)置信號增益。圖6顯示了OPA681的小信號頻率響應(yīng)分析電路。

這種電流反饋運(yùn)放模型的關(guān)鍵元素是：

α→從非反相輸入到反相輸入的緩沖增益

RI→緩沖器輸出阻抗

iERR→反饋錯誤電流信號

Z（s）→從iERR到VO的頻率相關(guān)開環(huán)跨阻增益

緩沖器增益通常非常接近1.00，并且通常從信號增益考慮中被忽略。但是，它將為單個運(yùn)放差分放大器配置設(shè)置CMRR。對于緩沖器增益α<1.0，CMRR=–20 x log（1–α）dB。

緩沖區(qū)輸出阻抗RI是帶寬控制方程的一個關(guān)鍵部分。OPA681通常約為41Ω。

電流反饋運(yùn)算放大器感測逆變節(jié)點(diǎn)中的誤差電流（與電壓反饋運(yùn)算放大器的差分輸入誤差電壓相反），并通過內(nèi)部頻率相關(guān)的跨阻增益將其傳遞到輸出端。典型的性能曲線顯示了這種開環(huán)跨阻響應(yīng)。這類似于電壓反饋運(yùn)放的開環(huán)電壓增益曲線。發(fā)展圖6電路的傳遞函數(shù)得出方程式1：

這是以回路增益分析格式編寫的，其中非無限開環(huán)增益引起的誤差以分母表示。如果Z（s）在所有頻率上都是無窮大的，方程1的分母將減小為1，分子中顯示的理想期望信號增益將得到。方程式1分母中的分?jǐn)?shù)決定了頻率響應(yīng)。方程2顯示為回路增益方程：

如果在開環(huán)跨阻圖的頂部繪制20x對數(shù)（RF+ngx RI），兩者之間的差就是給定頻率下的環(huán)路增益。最終，Z（s）滾減到等于方程2的分母，此時環(huán)路增益減小到1（曲線相交）。等式1給出的放大器的閉環(huán)頻率響應(yīng)開始衰減，與電壓反饋運(yùn)算放大器的噪聲增益等于開環(huán)電壓增益的頻率完全相似。這里的區(qū)別在于，等式2分母中的總阻抗可以與期望的信號增益（或NG）稍微分開控制。

OPA681經(jīng)過內(nèi)部補(bǔ)償，在±5V電源的NG=2時，RF=402Ω的頻率響應(yīng)最大平坦。計(jì)算方程2的分母（即反饋跨導(dǎo)）得到了484Ω的最佳目標(biāo)。隨著信號增益的變化，ngx-RI項(xiàng)在反饋互阻抗中的貢獻(xiàn)也會發(fā)生變化，但通過調(diào)整RF可以使其保持不變。方程3給出了最佳射頻過信號增益的近似方程：

隨著期望信號增益的增加，這個方程最終將預(yù)測一個負(fù)的射頻。也可以通過將RG保持在20Ω的最小值來設(shè)置此調(diào)整的主觀限制。較低的值將在輸入級和輸出級加載緩沖級，如果RF太低，實(shí)際上會降低帶寬。圖7顯示了±5V和單個+5V操作的推薦RF與NG。此處顯示的RF與gain的值大約等于用于生成典型性能曲線的值。它們的不同之處在于，典型性能曲線中使用的優(yōu)化值也對簡化分析中未考慮到的板寄生進(jìn)行了校正，從而得出方程3。圖7中顯示的值為需要帶寬優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供了一個良好的起點(diǎn)。

進(jìn)入逆變輸入的總阻抗可用于調(diào)整閉環(huán)信號帶寬。在逆變輸入和求和結(jié)之間插入一個串聯(lián)電阻將增加反饋?zhàn)杩梗ǚ匠淌?的分母），從而降低帶寬。這種帶寬控制方法用于首頁的逆變求和電路。OPA681的內(nèi)部緩沖器輸出阻抗受從非反相輸入端子向外看的源阻抗的影響很小。高源電阻會增加RI，降低帶寬。對于那些通過高值電阻在非反相輸入處產(chǎn)生中點(diǎn)偏置的單電源應(yīng)用，去耦電容器對于電源噪聲抑制、非反相輸入噪聲電流分流以及最小化圖6中RI的高頻值至關(guān)重要。

反轉(zhuǎn)放大器操作

由于OPA681是一種通用的寬帶電流反饋運(yùn)算放大器，所以大多數(shù)常見的運(yùn)算放大器應(yīng)用電路都可供設(shè)計(jì)者使用。由于反饋電阻是電流反饋運(yùn)算放大器的補(bǔ)償元件，因此需要反饋元件（例如積分器、跨阻、一些濾波器）具有相當(dāng)靈活性的應(yīng)用應(yīng)考慮單位增益穩(wěn)定電壓反饋OPA680。寬帶逆變操作（尤其是求和）特別適用于OPA681。圖8顯示了一個典型的逆變配置，圖1中的輸入/輸出阻抗和信號增益保留在逆變電路配置中。

在反向配置中，必須注意兩個關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮因素。首先，增益電阻（RG）成為信號通道輸入阻抗的一部分。如果需要輸入阻抗匹配（每當(dāng)信號通過電纜、雙絞線、長PC板跡線或其他傳輸線導(dǎo)體耦合時，這是有益的），則通常需要在地上添加一個額外的匹配電阻器。RG本身通常不會設(shè)置為所需的輸入阻抗，因?yàn)樗闹狄约八璧脑鲆鎸Q定從頻率響應(yīng)角度來看可能是非最佳的RF。電源的總輸入阻抗變成RG和RM的并聯(lián)組合。

第二個主要考慮因素，在上一段中提到，是信號源阻抗成為噪聲增益方程的一部分，并將通過方程1對帶寬產(chǎn)生輕微影響。圖8中所示的值通過略微降低RF（圖1）來重新優(yōu)化圖8（NG=2.74）噪聲增益的帶寬來解釋這一點(diǎn)。在圖8的示例中，RM值與外部50Ω源阻抗并聯(lián)組合，產(chǎn)生50Ω| | 68Ω=28.8Ω的有效驅(qū)動阻抗。該阻抗與RG串聯(lián)，用于計(jì)算噪聲增益，即NG=2.74。將該值連同圖8中的RF和41Ω的反向輸入阻抗一起插入方程3中，以獲得幾乎等于484Ω最佳值的反饋跨阻抗。

注意，在這個雙極性電源逆變應(yīng)用中，非逆變輸入直接接地。通常建議在非逆變輸入端接地附加一個電阻，以實(shí)現(xiàn)輸出端的偏置電流誤差消除。電流反饋運(yùn)算放大器的輸入偏置電流通常在幅值或極性上都不匹配。在圖8電路中，將電阻連接到OPA681的非反相輸入端，實(shí)際上將為該輸入端的偏置電流和噪聲電流提供額外的增益，但由于輸入偏置電流不匹配，因此不會減小輸出直流誤差。

輸出電流和電壓

OPA681提供的輸出電壓和電流能力是無與倫比的低成本單片運(yùn)算放大器。在25°C的空載條件下，輸出電壓通常比任何一條供電軌的電壓波動更接近1V；保證的擺動限制在任何一條供電軌的1.2V范圍內(nèi)。在15Ω負(fù)載（最小測試負(fù)載）中，保證輸出超過±135mA。

上述規(guī)范雖然在行業(yè)中很熟悉，但分別考慮了電壓和電流限制。在許多應(yīng)用中，它是電壓x電流，或V-I乘積，它與電路運(yùn)行更相關(guān)。參考典型性能曲線中的“輸出電壓和電流限制”圖。此圖的X軸和Y軸分別顯示零電壓輸出電流限制和零電流輸出電壓限制。這四個象限給出了OPA681輸出驅(qū)動能力的更詳細(xì)的視圖，并指出該圖以1W最大內(nèi)部功耗的“安全操作區(qū)域”為界。將電阻負(fù)載線疊加到圖上表明，OPA681可以在不超過輸出能力或1W功耗限制的情況下，將±2.5V驅(qū)動到25Ω或±3.5V到50Ω。100Ω負(fù)載線（標(biāo)準(zhǔn)測試電路負(fù)載）顯示完全±3.9V輸出擺動能力，如典型技術(shù)規(guī)格所示。

最小規(guī)定的輸出電壓和電流過溫是通過最壞情況模擬在極端低溫下設(shè)定的。只有在冷啟動時，輸出電流和電壓才會降低到保證表中所示的數(shù)值。當(dāng)輸出晶體管提供功率時，它們的結(jié)溫會升高，降低它們的VBE（增加可用輸出電壓擺幅）和增加電流增益（增加可用輸出電流）。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，由于輸出級結(jié)溫將高于規(guī)定的最低工作環(huán)境溫度，因此可用輸出電壓和電流將始終大于超溫規(guī)范中所示的值。

為保持最大輸出級線性度，不提供輸出短路保護(hù)。這通常不會是一個問題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用程序在輸出端包括一個串聯(lián)匹配電阻器，如果該電阻器的輸出端對地短路，它將限制內(nèi)部功耗。然而，在大多數(shù)情況下，將輸出引腳直接短接到相鄰的正極電源引腳（8引腳封裝）上會損壞放大器。如果需要額外的短路保護(hù)，考慮電源線中的小串聯(lián)電阻器。這將在重輸出負(fù)載下，減小可用輸出電壓擺動。每個電源線中的5Ω串聯(lián)電阻器將限制輸出短路時的內(nèi)部功耗小于1W，同時將可用輸出電壓擺幅降低到0.5V，以達(dá)到100mA的所需負(fù)載電流。始終將0.1μF電源去耦電容器直接放置在電源引腳上的這些電源限流電阻器之后。

驅(qū)動電容性負(fù)載

對運(yùn)算放大器來說，最苛刻也是最常見的負(fù)載條件之一就是電容負(fù)載。通常，電容性負(fù)載是A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，包括額外的外部電容，這可能是為了改善A/D線性度而建議的。當(dāng)電容性負(fù)載直接施加在輸出引腳上時，像OPA681這樣的高速、高開環(huán)增益放大器很容易受到穩(wěn)定性下降和閉環(huán)響應(yīng)峰值的影響。當(dāng)考慮放大器的開環(huán)輸出電阻時，這種電容性負(fù)載會在信號通路中增加一個極點(diǎn)，從而降低相位裕度。有人提出了解決這個問題的幾種外部解決辦法。當(dāng)主要考慮頻率響應(yīng)平坦度、脈沖響應(yīng)保真度和/或失真時，最簡單和最有效的解決方案是通過在放大器輸出和電容性負(fù)載之間插入一個串聯(lián)的隔離電阻，將電容性負(fù)載與反饋回路隔離。這并沒有從環(huán)路響應(yīng)中消除極點(diǎn)，而是將其移位，并在更高頻率下添加零。附加零位的作用是消除電容性負(fù)載極的相位滯后，從而增加相位裕度，提高穩(wěn)定性。

典型性能曲線顯示了推薦的RS與電容性負(fù)載以及負(fù)載下產(chǎn)生的頻率響應(yīng)。大于2pF的寄生電容性負(fù)載會開始降低OPA681的性能。很容易造成多個設(shè)備線路板的超長連接，從而造成線路板的超長。始終仔細(xì)考慮這種影響，并盡可能靠近OPA681輸出引腳添加推薦的串聯(lián)電阻器（見電路板布局指南）。

失真性能

OPA681在±5V電源的100Ω負(fù)載下提供了良好的失真性能。與其他解決方案相比，它在較輕負(fù)載和/或在單個+5V電源上運(yùn)行提供了優(yōu)異的性能。第二次諧波或第三次諧波通常會占主導(dǎo)地位，直到第三次諧波信號達(dá)到可以忽略不計(jì)的水平。然后聚焦于二次諧波，增加負(fù)載阻抗直接改善失真。記住，在圖1中，RF是反向配置中的總負(fù)載。此外，在電源引腳之間提供額外的電源去耦合電容器（0.1μF）（用于雙極性操作）略微改善二階失真（3dB至6dB）。

在大多數(shù)運(yùn)算放大器中，增加輸出電壓擺幅會直接增加諧波失真。典型的性能曲線顯示，2次諧波的增長率略低于預(yù)期的2倍速率，而3次諧波的增長率略低于預(yù)期的3倍速率。當(dāng)測試功率加倍時，其與第二諧波之間的差值減小小于預(yù)期的6dB，而其與第三諧波之間的差值減小的程度小于預(yù)期的12dB。這也顯示在2音調(diào)，3階互調(diào)雜散（IM3）響應(yīng)曲線。三階雜散電平在低輸出功率電平下極低。即使在基本功率達(dá)到非常高的水平時，輸出級仍將其保持在較低水平。典型的性能曲線表明，雜散互調(diào)功率并不像傳統(tǒng)截獲模型所預(yù)測的那樣增加。隨著基本功率水平的增加，動態(tài)范圍并沒有明顯減小。對于以20MHz為中心的兩個音調(diào)，在匹配的50Ω負(fù)載中為10dBm/音調(diào)（即負(fù)載下每個音調(diào)為2Vp-p，這要求輸出引腳處的整個2音調(diào)包絡(luò)為8Vp-p），典型性能曲線顯示測試音調(diào)功率和三階互調(diào)雜散電平之間的62dBc差異。當(dāng)在較低頻率下工作時，這種卓越的性能會進(jìn)一步提高。

噪聲性能

寬帶電流反饋運(yùn)算放大器通常比電壓反饋運(yùn)算放大器具有更高的輸出噪聲安培。那個OPA681在電壓和電流噪聲項(xiàng)之間提供了極好的平衡，以實(shí)現(xiàn)低輸出噪聲。逆變電流噪聲（15pA/√Hz）明顯低于以前的解決方案，而輸入電壓噪聲（2.2nV/√Hz）低于大多數(shù)單位增益穩(wěn)定、寬帶、電壓反饋運(yùn)算放大器。這種低輸入電壓噪聲是以較高的非逆變輸入電流噪聲（12pA/√Hz）為代價實(shí)現(xiàn)的。只要從非逆變節(jié)點(diǎn)向外看的交流源阻抗小于100Ω，該電流噪聲對總輸出噪聲的貢獻(xiàn)就不會很大。運(yùn)算放大器的輸入電壓噪聲和兩個輸入電流噪聲項(xiàng)結(jié)合在一起，可在各種工作條件下提供低輸出噪聲。圖9顯示了包含所有噪聲項(xiàng)的運(yùn)算放大器噪聲分析模型。在這個模型中，所有的噪聲項(xiàng)都被認(rèn)為是噪聲電壓或電流密度項(xiàng)，單位為nV/√Hz或pA/√Hz。

總輸出斑點(diǎn)噪聲電壓可以計(jì)算為所有平方輸出噪聲電壓貢獻(xiàn)者和的平方根。方程4顯示了輸出噪聲電壓的一般形式，如圖9所示。

將該表達(dá)式除以噪聲增益（NG=（1+RF/RG））將得到非逆變輸入下的等效輸入?yún)⒖键c(diǎn)噪聲電壓，如等式5所示。

對圖1中所示的OPA681電路和元件值的這兩個方程進(jìn)行評估，將得到8.4nV/√Hz的總輸出點(diǎn)噪聲電壓和4.2nV/√Hz的總等效輸入點(diǎn)噪聲電壓。該總輸入?yún)⒖键c(diǎn)噪聲電壓高于僅針對運(yùn)算放大器電壓噪聲的2.2nV/√Hz規(guī)范。這反映了由反向電流噪聲乘以反饋電阻而增加到輸出的噪聲。如果反饋電阻在高增益配置中減小（如前所述），則由方程式5給出的輸入?yún)⒖茧妷涸肼晫H接近運(yùn)算放大器本身的2.2nV/√Hz。例如，使用RF=180Ω將增益設(shè)為+10，則總輸入?yún)⒖荚肼暈?.4nV/√Hz。

直流精度和偏移控制

像OPA681這樣的電流反饋運(yùn)算放大器在高增益下提供了卓越的帶寬，提供了快速的脈沖穩(wěn)定，但只有中等的直流精度。典型的規(guī)格顯示了一個輸入偏置電壓可與高速電壓反饋放大器相媲美。然而，兩個輸入偏置電流有點(diǎn)高，是不匹配的。雖然偏置電流抵消技術(shù)對大多數(shù)電壓反饋運(yùn)算放大器非常有效，但它們通常不會降低寬帶電流反饋運(yùn)算放大器的輸出直流偏移。由于兩個輸入偏置電流的大小和極性都是不相關(guān)的，匹配每個輸入端的源阻抗以減少它們對輸出端的誤差貢獻(xiàn)是無效的。使用最壞情況下+25°C輸入偏移電壓和兩個輸入偏置電流評估圖1的配置，得出worstcase輸出偏移范圍等于：

式中，NG=非反相信號增益：

有時需要微調(diào)輸出偏移零點(diǎn)或直流工作點(diǎn)調(diào)整。在直流偏置控制電路中引入了許多放大器技術(shù)。大多數(shù)簡單的調(diào)整技術(shù)都不能校正溫度漂移。可以將較低速度、精度的運(yùn)算放大器與OPA681結(jié)合，以獲得精度運(yùn)算放大器的直流精度和OPA681的信號帶寬。圖10顯示了一個非逆變的G=+10電路，該電路在大于150MHz信號帶寬的溫度下保持輸出偏移電壓小于±7.5mV。

這種直流耦合電路使用OPA681提供非常高的信號帶寬。在較低頻率下，輸出電壓通過信號增益衰減，并與OPA237輸入處的原始輸入電壓進(jìn)行比較（這是一種低成本、精確的電壓反饋運(yùn)算放大器，增益帶寬積為1.5MHz）。如果這兩個不一致（由于OPA681引入的直流偏移），OPA237通過2.86kΩ反向求和路徑求和校正電流。幾個設(shè)計(jì)考慮因素將使該電路得到優(yōu)化。首先，對OPA237非反相輸入的反饋必須與高速信號增益精確匹配。使2kΩ電阻器接地可調(diào)電阻器將允許低頻和高頻增益精確匹配。其次，OPA237將控制權(quán)傳遞給OPA681的交叉頻率區(qū)域必須具有異常的相位線性度。這兩個問題歸結(jié)為在整個傳遞函數(shù)中設(shè)計(jì)極點(diǎn)/零對消。使用2.86kΩ電阻器名義上可以滿足圖10中電路的這一要求。完全取消過程和溫度是不可能的。然而，這種初始電阻設(shè)置和精確的增益匹配將最大限度地減少長期脈沖沉降尾。

禁用操作

OPA681提供了一個可選的禁用特性，可用于降低系統(tǒng)功率或?qū)崿F(xiàn)簡單的信道復(fù)用操作。如果DIS控制引腳未連接，OPA681將正常工作。要禁用，控制引腳必須斷言為低。圖11顯示了禁用控制的簡化內(nèi)部電路特色。

在正常運(yùn)行中，通過110kΩ電阻器向Q1提供基極電流，而通過15kΩ電阻器的發(fā)射極電流會產(chǎn)生一個不足以打開Q1發(fā)射極中的兩個二極管的電壓降。作為VDIS當(dāng)電流拉低時，通過15kΩ電阻器的額外電流最終接通這兩個二極管（≈100μA）。在這一點(diǎn)上，任何進(jìn)一步的電流從VDIS中抽出通過那些二極管保持發(fā)射極基極電壓Q1大約為零伏。這會切斷Q1的集電極電流，從而關(guān)閉放大器。禁用模式下的電源電流僅為操作圖11所示電路所需的電流。附加電路確保開啟時間比關(guān)閉時間更快（先通后斷）。

禁用時，輸出和輸入節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。如果OPA681在+1的增益下工作，則在輸出端將顯示非常高的阻抗（4pF | | 1MΩ），并具有異常的信號隔離。如果在大于+1的增益下工作，總反饋網(wǎng)絡(luò)電阻（RF+RG）將顯示為回望輸出的阻抗，但電路仍將顯示非常高的正向和反向隔離。如果配置為逆變放大器，輸入和輸出將通過反饋網(wǎng)絡(luò)電阻（RF+RG）連接，從而提供相對較差的輸入輸出隔離。

禁用操作中的一個關(guān)鍵參數(shù)是切換到禁用模式時的輸出故障。圖12顯示了圖1中輸入信號設(shè)置為零伏時的這些故障。輸出引腳處的故障波形與DIS引腳電壓一起繪制。

DIS控制線的過渡邊速率（dV/dT）將影響該故障。對于圖12的曲線圖，邊緣速率降低，直到觀察到故障幅度沒有進(jìn)一步減小。這個大約1V/ns的最大轉(zhuǎn)換速率可以通過在VDIS引腳中添加一個簡單的RC濾波器來實(shí)現(xiàn)。如果使用極快轉(zhuǎn)換邏輯，則邏輯門和DIS輸入引腳之間的2kΩ串聯(lián)電阻器將僅使用DIS引腳上的寄生輸入電容提供足夠的帶寬限制，同時仍然確保足夠的邏輯電平擺動。

熱分析

由于OPA681的高輸出功率能力，在極端工作條件下可能需要散熱或強(qiáng)制氣流。最大期望結(jié)溫將設(shè)置如下所述的最大允許內(nèi)部功耗。在任何情況下，最高結(jié)溫不得超過175℃。

工作結(jié)溫度（TJ）由TA+PD xθJA給出。總內(nèi)部功耗（PD）是靜態(tài)功率（PDQ）和輸出級（PDL）消耗的附加功率之和。靜態(tài)功率就是指定的空載供電電流乘以整個部件的總供電電壓。PDL將取決于所需的輸出信號和負(fù)載，但對于接地電阻負(fù)載，當(dāng)輸出固定在等于1/2電源電壓的電壓時（對于相等的雙極電源），PDL將處于最大值。在這種情況下，PDL=VS2/（4 x RL），其中RL包括反饋網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

注意，決定內(nèi)部功耗的是輸出級的功率，而不是負(fù)載中的功率。

作為最壞情況的例子，使用圖1電路中的OPA681N（SOT23-6封裝）計(jì)算最大TJ，該電路在最高規(guī)定環(huán)境溫度+85°C下運(yùn)行，并驅(qū)動接地20Ω負(fù)載至+2.5V DC：

盡管這仍遠(yuǎn)低于規(guī)定的最高結(jié)溫，但出于系統(tǒng)可靠性考慮，可能需要較低的保證結(jié)溫。記住，這是一個最壞的內(nèi)部功耗使用您的實(shí)際信號和負(fù)載來計(jì)算PDL。如果負(fù)載要求電流被強(qiáng)制輸入正輸出電壓的輸出端或來自負(fù)輸出端的電流，則可能出現(xiàn)最高的內(nèi)部損耗。這使得高電流通過輸出晶體管中的一個大的內(nèi)部電壓降。典型性能曲線中顯示的輸出電壓和電流限制曲線包括在這些條件下1W最大內(nèi)部功耗的邊界。

電路板布局指南

要獲得最佳的性能與高頻放大器，如OPA681需要仔細(xì)注意板布局寄生和外部元件類型。優(yōu)化性能的建議包括：

a） 寄生電容最小化所有信號輸入/輸出引腳的任何交流接地。輸出端和反向輸入端上的寄生電容會導(dǎo)致不穩(wěn)定：在非換向輸入端，它會與源阻抗發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致無意的帶寬限制。為了減少不必要的電容，信號I/O引腳周圍的所有地面和電源平面上都應(yīng)該打開一個窗口。否則，地面和動力飛機(jī)應(yīng)該在其他地方保持完整。

b） 縮短距離（<0.25”）從電源引腳到高頻0.1μF去耦電容器。在設(shè)備引腳處，接地和電源平面布局不應(yīng)靠近信號輸入/輸出引腳。避免狹窄的電源和接地痕跡，以盡量減少引腳和去耦電容器之間的電感。電源連接（插腳4和7）應(yīng)始終與這些電容器斷開連接。兩個電源之間的可選電源去耦電容器（用于雙極操作）將改善二次諧波失真性能。主電源引腳上還應(yīng)使用較大的（2.2μF至6.8μF）去耦電容器，在較低頻率下有效。這些可以放置在離設(shè)備稍遠(yuǎn)的地方，并且可以在PC板的相同區(qū)域中的多個設(shè)備之間共享。

c） 仔細(xì)選擇和放置外部組件將保持OPA681的高頻性能。電阻器應(yīng)為非常低的電抗類型。表面貼裝電阻工作最好，并允許更緊湊的整體布局。金屬膜和碳組成，軸向引線電阻也能提供良好的高頻性能。同樣，保持他們的導(dǎo)線和PC板跟蹤長度盡可能短。切勿在高頻應(yīng)用中使用線繞式電阻器。由于輸出引腳和逆變輸入引腳對寄生電容最為敏感，因此始終將反饋和串聯(lián)輸出電阻器（如有）盡可能靠近輸出引腳。其他網(wǎng)絡(luò)元件，如非反向輸入端接電阻器，也應(yīng)放置在靠近封裝的地方。如果允許雙面元件安裝，將反饋電阻器直接放置在電路板另一側(cè)的封裝下方，位于輸出和反向輸入引腳之間。如前所述，頻率響應(yīng)主要由反饋電阻值決定。增加它的值將減少帶寬，而減小它將產(chǎn)生更峰值的頻率響應(yīng)。典型性能規(guī)格中使用的402Ω反饋電阻器在±5V電源上增益為+2時是一個很好的設(shè)計(jì)起點(diǎn)。注意，對于單位增益跟隨器應(yīng)用，建議使用453Ω反饋電阻器，而不是直接短路。一個電流反饋運(yùn)算放大器需要一個反饋電阻，即使在單位增益跟隨器配置，以控制穩(wěn)定性。

d） 與其他寬帶設(shè)備的連接板上可采用短的直接跡線或通過板上傳輸線。對于短連接，將跟蹤和到下一個設(shè)備的輸入視為集中電容負(fù)載。應(yīng)使用相對較寬的跡線（50至100 mils），最好在其周圍打開地面和動力飛機(jī)。估計(jì)總電容性負(fù)載，并根據(jù)推薦的RS與電容性負(fù)載的曲線設(shè)置RS。低寄生電容性負(fù)載（<5pF）可能不需要RS，因?yàn)镺PA681名義上是補(bǔ)償?shù)模梢栽?pF寄生負(fù)載下工作。如果需要較長的記錄道，并且雙端接傳輸線固有的6dB信號損耗是可接受的，則使用微帶線或帶狀線技術(shù)實(shí)現(xiàn)匹配阻抗傳輸線（請參閱有關(guān)微帶和帶狀線布局技術(shù)的ECL設(shè)計(jì)手冊）。50Ω的環(huán)境通常不需要在船上，事實(shí)上，更高的阻抗環(huán)境將改善失真，如失真與負(fù)載圖所示。根據(jù)電路板材料和跡線尺寸定義的特性板跡線阻抗，在目標(biāo)器件輸入端使用匹配的串聯(lián)電阻，從OPA681的輸出端進(jìn)入跟蹤。還要記住，終端阻抗將是并聯(lián)電阻和目標(biāo)設(shè)備輸入阻抗的并聯(lián)組合：這個總有效阻抗應(yīng)設(shè)置為與跟蹤阻抗匹配。OPA681的高輸出電壓和電流能力使得多個目的地設(shè)備可以作為獨(dú)立的傳輸線來處理，每一個都有自己的串聯(lián)和并聯(lián)終端。如果雙端接傳輸線的6dB衰減不可接受，則長記錄道只能在源端串聯(lián)端接。在這種情況下，將軌跡視為電容性負(fù)載，并設(shè)置串聯(lián)電阻值，如RS與電容性負(fù)載的關(guān)系圖所示。這將無法保持信號完整性以及雙端接線路。如果目的設(shè)備的輸入阻抗較低，則由于串聯(lián)輸出形成的分壓器進(jìn)入終端阻抗，會有一些信號衰減。

e） 不建議將OPA681這樣的高速零件套入。插座引入的額外引線長度和管腳間電容會產(chǎn)生非常麻煩的寄生網(wǎng)絡(luò)，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)平滑、穩(wěn)定的頻率響應(yīng)。將OPA681焊接到電路板上可獲得最佳效果。如果需要DIP封裝的插座，高頻埋入式插銷（如McKenzie Technology#710C）可以產(chǎn)生良好的效果。

輸入和ESD保護(hù)

OPA681是建立在一個非常高速互補(bǔ)雙極工藝。對于這些非常小的幾何器件，內(nèi)部結(jié)擊穿電壓相對較低。這些細(xì)分反映在絕對最大評級表中。如圖13所示，所有設(shè)備引腳都有有限的ESD保護(hù)，使用內(nèi)部二極管供電。

這些二極管提供適度的保護(hù)，以輸入高于電源的過驅(qū)動電壓。保護(hù)二極管通常可支持30mA連續(xù)電流。如果可能有更高的電流（例如，在帶有±15V電源部件驅(qū)動至OPA681的系統(tǒng)中），應(yīng)在兩個輸入端添加限流串聯(lián)電阻器。保持這些電阻值盡可能低，因?yàn)楦咧禃档驮肼曅阅芎皖l率響應(yīng)。

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