特征

•適合汽車應用

•AEC-Q100符合以下結果：

–設備溫度等級1：–40°C至+125°C環境工作溫度范圍

–設備HBM ESD等級2

–設備CDM ESD分類等級C4B

•低靜態電流（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

應用

•便攜式設備

•電池供電設備

•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

•醫療器械

說明

OPAx348-Q1系列器件是單電源、低功耗CMOS運算放大器。OPAx348-Q1系列設備具有1MHz的擴展帶寬和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、高阻抗應用（如煙霧探測器和其他傳感器）的最佳候選產品。

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，提供了額外的設計靈活性。

設備信息

（1）、有關所有可用的軟件包，請參閱數據表末尾的醫囑內容附錄。

無反轉配置驅動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）。

詳細說明

概述

OPAx348-Q1系列器件是一種低功耗、軌對軌輸入輸出運算放大器。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。AB級輸出級能夠驅動連接到V+和地之間任何點的≤10-kΩ負載。輸入共模電壓范圍包括兩個軌道，并允許OPAx348-Q1系列設備用于幾乎任何單一電源應用。軌對軌輸入和輸出擺幅大大增加了動態范圍，特別是在低電源應用中，使其成為驅動采樣模數轉換器（adc）的理想選擇。

功能框圖

特性描述

工作電壓

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

軌對軌輸入

將opax3200mv的輸入電壓范圍擴展到了opax3200系列的輸入電壓范圍之外。這種性能是通過一個互補的輸入級實現的：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。存在一個小的過渡區域，通常為（V+）-1.4 V至（V+）-1.2 V，其中兩個對都打開。這個200毫伏的過渡區可以隨著工藝的變化而變化到300毫伏。因此，在低端，過渡區（兩個階段都開啟）的范圍為（V+）-1.7 V至（V+）-1.5 V，高端可達（V+）-1.1 V至（V+）-0.9 V。在該過渡區域內，與該區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擴展到（V+）+0.2 V。對于正常操作，輸入應限制在該范圍內。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，但不會對運算放大器造成任何損壞。與其他運算放大器不同，如果輸入電流受到限制，輸入可能會超出電源而不發生相位反轉，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。

輸入和ESD保護

OPAx348-Q1系列設備在所有引腳上集成了內部靜電放電（ESD）保護電路。對于輸入和輸出引腳，這種保護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保護二極管還提供電路內輸入過驅動保護，只要電流限制在10毫安，如絕對最大額定值表所述。圖21顯示了如何在驅動輸入端添加一個串聯輸入電阻來限制輸入電流。增加的電阻在放大器輸入端產生熱噪聲，在對噪聲敏感的應用中，該值應保持在最小值。

共模抑制比（CMRR）

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

共模電壓范圍

OPAx348-Q1設備的輸入共模電壓范圍超出電源軌200毫伏。這種擴展范圍是通過一個互補輸入級一個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，通常是（V+）-1.4 V到（V+）-1.2 V，兩個電壓對都在這個過渡區中正在打開。圖22所示的200 mV過渡區可隨工藝變化而變化±300 mV。因此，在低端，過渡區（兩個階段都開啟）的范圍為（V+）-1.7 V至（V+）-1.5 V，高端可達（V+）-1.1 V至（V+）-0.9 V。在200mv過渡區內，與在該區外運行相比，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

運算放大器隨設備對電磁干擾（EMI）的敏感性而變化。如果傳導EMI進入運算放大器，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稱值。這種偏移是與內部半導體結相關的信號整流的結果。雖然所有運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系列設備包含一個內部輸入低通濾波器，可降低放大器對EMI的響應。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。

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

軌間輸出

作為一個微功率、低噪聲運算放大器，OPAx348-Q1系列設備提供了強大的輸出驅動能力。AB類輸出級采用共源晶體管，以實現完全的軌對軌輸出擺動能力。對于高達10 kΩ的電阻負載，無論施加的電源電壓如何，輸出通常在任一供電軌的5 mV范圍內擺動。不同的負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軌對軌輸出。該輸出級能夠驅動連接至V+和接地之間任何電位的5-kΩ負載。對于輕阻性負載（>100kΩ），輸出電壓通常可以從電源軌擺動到18mv以內。在中等電阻負載（10 kΩ至50 kΩ）的情況下，輸出電壓通常可在電源軌100 mV范圍內擺動，同時保持較高的開環增益（參見典型特征部分中的圖6）。

電容性負載和穩定性

在單位增益配置的OPAx348-Q1系列器件可以直接驅動高達250pF的純電容負載。增加增益可以增強放大器驅動更大電容性負載的能力（參見典型特征部分的圖13）。在單位增益配置中，電容性負載驅動可以通過在輸出端串聯一個小的（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載的直流性能的同時顯著降低了振鈴。然而，如果電阻負載與電容性負載并聯存在，則會產生分壓器，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算放大器輸入端的電容和增益設定電阻之間的反應而減小，從而降低電容負載驅動。使用小值電阻可獲得最佳性能。例如，當驅動500 pF負載時，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。

設備功能模式

連接電源后，OPAx348-Q1系列設備通電。該裝置可以作為單電源運算放大器或雙電源放大器運行，具體取決于應用。

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

OPAx348-Q1運算放大器（運算放大器）單位增益穩定，適用于廣泛的通用應用。

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

電源插腳應使用0.01-μF陶瓷電容器繞過。

驅動模數轉換器（ADC）

OPAx348-Q1運算放大器優化用于驅動中速采樣ADC。OPAx348-Q1運算放大器在提供信號增益的同時緩沖ADC輸入電容和由此產生的電荷注入。

圖26顯示了在驅動ADS7822設備的基本非轉換配置中的OPA2348。ADS7822設備是MSOP-8封裝中的12位微功耗采樣轉換器。當與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、低功耗應用的理想選擇。在這種配置中，ADC輸入端的RC網絡可用于提供抗混疊濾波和電荷注入電流。

OPAx348-Q1系列設備還可用于非轉換配置，以在有限的低功耗應用中驅動ADS7822設備。在這種配置中，ADC輸入端的RC網絡可用于提供抗混疊濾波和電荷注入電流。在語音帶通濾波數據采集系統中驅動ADS7822設備的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節，以便直接與駐極體麥克風接口。該電路在VS=2.7 V至5 V的條件下工作，典型靜態電流小于250μA。

典型應用

有些應用需要差分信號。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，產生電壓VOUT+。第二個放大器反轉輸入，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。

設計要求

設計要求如下：

•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

詳細設計程序

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。通過應用R1=R2和R3=R4的條件，將傳遞函數簡化為方程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

輸入范圍內的線性度是良好直流精度的關鍵。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。帶寬是這種設計的一個關鍵問題，因此選擇OPAx348-Q1系列設備是因為它的帶寬大于1mhz的目標。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用的良好精度。

無源元件選擇

由于VOUT的傳遞函數嚴重依賴于電阻器（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，如果系統的噪聲是一個關鍵參數，可以選擇較小的電阻值（6kΩ或更低），以保持整個系統的低噪聲。這種技術可以確保來自電阻器的噪聲低于放大器的噪聲。

應用曲線

電源建議

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

注意安全

絕對電壓大于7 V（可永久性地損壞設備）。

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。有關旁路電容器放置的更多詳細信息，請參閱布局指南部分。

布局

布局指南

為獲得設備的最佳操作性能，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，并盡可能靠近設備。從V+到地的單旁路電容器適用于單電源應用。

•電路模擬和數字部分的單獨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字和模擬接地，注意接地電流的流動。有關詳細信息，請參閱電路板布局技術，SLOA089。

•盡可能遠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。

•考慮在關鍵線路周圍設置一個驅動的低阻抗保護環。保護環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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