特點

•單位增益帶寬：250 MHz

•寬帶寬：100 MHz GBW

•高轉(zhuǎn)換率：150 V/μs

•低噪聲：6.5 nV√Hz

•軌間I/O•高輸出電流：>100 mA

•出色的視頻性能：

–差分增益：0.02%，相位差：0.09°

–0.1-dB增益平坦度：40 MHz

•低輸入偏置電流：3 pA

•靜態(tài)電流：4.9 mA

•熱關(guān)機

•供電范圍：2.5 V至5.5 V

•尺寸和功率板™ 包裝微型的

應(yīng)用

•視頻處理

•超聲波

•光網(wǎng)絡(luò)、可調(diào)諧激光器

•光電二極管跨阻放大器

•有源濾波器

•高速積分器

•模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器

•數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出放大器

•條形碼掃描儀

•通信

說明

OPA354系列高速電壓反饋CMOS運算放大器是為視頻和其他需要寬帶的應(yīng)用而設(shè)計的。它們是單位增益穩(wěn)定，可以驅(qū)動大電流輸出。差分增益為0.02%，差分相位為0.09°。每個通道的靜態(tài)電流只有4.9毫安。

OPA354系列運算放大器可在低至2.5V（±1.25V）和高達(dá)5.5V（±2.75V）的單電源或雙電源上運行。共模輸入范圍超出電源范圍。輸出擺幅在100毫伏范圍內(nèi)，支持寬動態(tài)范圍。

對于需要100毫安連續(xù)輸出電流的應(yīng)用，單和雙8針HSOP提供PowerPAD版本。

單一版本（OPA354）可在微型5針SOT-23和8針HSOP PowerPAD封裝中使用。雙版本（OPA2354）采用微型8針VSSOP和8針HSOP PowerPAD封裝。四元版本（OPA4354）提供14針TSSOP和14針SOIC封裝。

多通道版本的特點是完全獨立的電路，以降低串?dāng)_和避免相互作用。所有規(guī)定的溫度范圍為-40°C至125°C。

設(shè)備信息

（1）、有關(guān)所有可用的軟件包，請參閱數(shù)據(jù)表末尾的訂購附錄。

簡化示意圖

典型特征

除非另有說明，否則在TA=25°C，VS=5 V，G=+1，RF=0Ω，RL=1 kΩ，并連接至VS/2。

詳細(xì)說明

概述

OPA354是一種CMOS、軌間I/O、高速、電壓反饋運算放大器，設(shè)計用于視頻、高速和其他應(yīng)用。它有單、雙或四路運算放大器。

該放大器具有100mhz的增益帶寬和150v/μs的轉(zhuǎn)換率，但它是單位增益穩(wěn)定的，可以作為+1v/V的電壓跟隨器工作。

功能框圖

特性描述

工作電壓

OPA354的電源范圍為2.7 V至5.5 V（±1.35 V至±2.75 V）。然而，電源電壓的范圍為2.5 V至5.5 V（±1.25 V至±2.75 V）。高于7.5 V（絕對最大值）的電源電壓會永久損壞放大器。

隨電源電壓或溫度變化的參數(shù)見本數(shù)據(jù)表的典型特性。

軌對軌輸入

OPA354的規(guī)定輸入共模電壓范圍超出電源軌100毫伏。如功能框圖所示，這種擴(kuò)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(xiàn)的。N-通道對對于靠近正軌的輸入電壓有效，通常高于正電源（V+）-1.2 V到100 mV，而對于從負(fù)電源以下100 mV到大約（V+−1.2 V）的輸入，P通道對處于開啟狀態(tài)。存在一個小的過渡區(qū)，通常是（V+）-1.5 V到（V+）-0.9 V，兩個電壓對都在其中正在打開。該600 mV過渡區(qū)可隨工藝變化而變化±500 mV。因此，在低端，過渡區(qū)（兩個輸入級均開啟）的范圍為（V+）-2 V至（V+）-1.5 V，高端可達(dá)（V+）-0.9 V至（V+）-0.4 V。

雙折疊共源共源代碼將來自兩個輸入對的信號相加，并向AB類輸出級提供差分信號。

軌間輸出

AB類輸出級采用共源晶體管實現(xiàn)軌對軌輸出。對于高阻抗負(fù)載（>200Ω），輸出電壓擺幅通常為電源軌100 mV。當(dāng)負(fù)載為10Ω時，可以在保持高開環(huán)增益的同時實現(xiàn)有用的輸出擺幅。見典型特性曲線，輸出電壓擺幅與輸出電流（圖20和圖22）。

輸出驅(qū)動

OPA354輸出級可提供±100毫安的連續(xù)輸出電流，但在5v電源上提供約2.7v的輸出擺幅，如圖30所示。為了獲得最大的可靠性，TI不建議運行超過±100 mA的連續(xù)直流電流。參考典型特性曲線，輸出電壓擺幅與輸出電流（圖20和圖22）。對于提供大于±100 mA的連續(xù)輸出電流，OPA354可并聯(lián)運行，如圖31所示。

OPA354提供高達(dá)200毫安的峰值電流，對應(yīng)于典型的短路電流。因此，提供了一個片內(nèi)熱關(guān)機電路，以保護(hù)OPA354免受危險的高結(jié)溫影響。在160°C時，保護(hù)電路關(guān)閉放大器。當(dāng)結(jié)溫冷卻到140℃以下時，恢復(fù)正常工作。

視頻

OPA354輸出級能夠驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)的后端接75Ω視頻電纜，如圖32所示。通過反向端接傳輸線，它不會向驅(qū)動器顯示電容性負(fù)載。正確的后端接的75Ω電纜不會顯示為電容；它只向OPA354輸出端提供150Ω的電阻負(fù)載。

OPA354可作為RGB圖形信號的放大器，該信號在視頻黑電平下的電壓為零，通過偏置和交流耦合信號。見圖33。

（1）、源視頻信號偏移距地面300 mV，以適應(yīng)運算放大器對地擺動能力。

驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換器

OPA354系列運算放大器提供60納秒的穩(wěn)定時間至0.01%，使其成為驅(qū)動中高速采樣a/D轉(zhuǎn)換器和參考電路的好選擇。OPA354系列在提供信號增益的同時，提供了一種有效的緩沖A/D轉(zhuǎn)換器輸入電容和由此產(chǎn)生的電荷注入的方法。對于需要高直流精度的應(yīng)用，建議使用OPA350系列。

圖34顯示了驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換器的OPA354。在OPA354處于逆變配置的情況下，反饋電阻器上的電容器可用于過濾信號中的高頻噪聲。

電容性負(fù)載和穩(wěn)定性

OPA354系列運算放大器可以驅(qū)動各種電容性負(fù)載。然而，在某些條件下，所有運算放大器都可能變得不穩(wěn)定。運算放大器的配置、增益和負(fù)載值只是確定穩(wěn)定性時要考慮的幾個因素。單位增益結(jié)構(gòu)的運算放大器最容易受到電容負(fù)載的影響。電容性負(fù)載與設(shè)備輸出電阻以及任何附加負(fù)載電阻發(fā)生反應(yīng)，在小信號響應(yīng)中產(chǎn)生一個極點，降低相位裕度。詳見典型特性曲線，各種CL的頻率響應(yīng)（圖13）。

OPA354拓?fù)湓鰪娏似潋?qū)動電容性負(fù)載的能力。在單位增益，這些運算放大器表現(xiàn)良好的大電容負(fù)載。有關(guān)詳細(xì)信息，請參考典型特性曲線、推薦的RS與電容性負(fù)載（圖14）和頻率響應(yīng)與電容性負(fù)載（圖15）。

在單位增益配置中，改進(jìn)電容負(fù)載驅(qū)動的一種方法是在輸出端串聯(lián)一個10Ω到20Ω的電阻器，如圖35所示。這種配置可顯著減少大電容負(fù)載時的振鈴現(xiàn)象，見典型特性曲線，頻率響應(yīng)與電容性負(fù)載（圖15）。然而，如果有一個電阻負(fù)載與電容負(fù)載并聯(lián)，RS會產(chǎn)生一個分壓器。這種電壓劃分在輸出端引入了直流誤差，并略微減小了輸出擺幅。這個錯誤可能無關(guān)緊要。例如，當(dāng)RL=10KΩ，RS=20Ω時，輸出誤差約為0.2%。

寬帶跨阻放大器

寬帶寬、低輸入偏置電流、低輸入電壓和電流噪聲使OPA354成為低壓單電源應(yīng)用的理想寬帶光電二極管互阻放大器。低電壓噪聲很重要，因為光電二極管電容使電路的有效噪聲增益在高頻下增加。

如圖36所示，跨阻設(shè)計的關(guān)鍵元素是預(yù)期的二極管電容[包括OPA354的寄生輸入共模和差模輸入電容（2+2）pF]、所需的跨阻增益（RF）和OPA354的增益帶寬積（GBW）（典型值為100 MHz）。設(shè)置這三個變量后，可以設(shè)置反饋電容值（CF）來控制頻率響應(yīng)。

為了獲得最大平坦的二階巴特沃斯頻率響應(yīng)，反饋極點的設(shè)置必須如等式1所示：

典型的表面貼裝電阻器的寄生電容約為0.2 pF，必須從計算的反饋電容值中扣除。帶寬由方程式2計算：

對于更高的跨阻帶寬，可以使用高速CMOS OPA355(200-MHz GBW)或OPA655(400-MHz GBW) 。

設(shè)備功能模式

連接電源后，OPAx354系列設(shè)備通電。根據(jù)應(yīng)用，這些設(shè)備可以作為單電源運算放大器或雙電源放大器來操作。電壓差設(shè)為5.V，且電壓至少設(shè)置為5 V+5.V時，也可將電壓設(shè)置為5.V以上。

應(yīng)用與實施

注意：以下應(yīng)用章節(jié)中的信息不是TI組件規(guī)范的一部分，TI不保證其準(zhǔn)確性或完整性。TI的客戶負(fù)責(zé)確定組件的適用性。客戶應(yīng)驗證和測試其設(shè)計實現(xiàn)，以確認(rèn)系統(tǒng)功能。

申請信息

OPAx354系列器件是一種CMOS、軌間I/O、高速、電壓反饋運算放大器，設(shè)計用于視頻、高速和其他應(yīng)用。OPAx354系列設(shè)備有單、雙或四路運放。該放大器具有100兆赫的增益帶寬和150伏/微秒的轉(zhuǎn)換率，但它單位穩(wěn)定，可以作為1伏/伏的電壓跟隨器工作。

典型應(yīng)用

寬增益帶寬、低輸入偏置電流、低輸入電壓和電流噪聲使OPAx354系列器件成為理想的寬帶光電二極管跨阻放大器。低電壓噪聲很重要，因為光電二極管電容使電路的有效噪聲增益在高頻下增加。如圖37所示，跨阻設(shè)計的關(guān)鍵元素是預(yù)期的二極管電容，包括寄生輸入共模和差模輸入電容；期望的跨阻增益；以及OPAx354系列器件（20 MHz）的增益帶寬（GBW）。通過設(shè)置這三個變量，可以設(shè)置反饋電容值來控制頻率響應(yīng)。反饋電容包括的雜散電容，對于典型的表面貼裝電阻器，雜散電容為0.2 pF。

設(shè)計要求

對于本設(shè)計示例，使用表1中列出的參數(shù)作為輸入?yún)?shù)。

C（F）是可選的，以防止增益峰值。C（F）包括R（F）的雜散電容。

詳細(xì)設(shè)計程序

為了獲得最大平坦的二階巴特沃斯頻率響應(yīng)，使用方程3設(shè)置反饋極點。

用公式4計算帶寬。

優(yōu)化跨阻電路

為獲得最佳性能，必須根據(jù)以下準(zhǔn)則選擇組件：

1.對于最低噪聲，選擇R（F）以創(chuàng)建所需的總增益。使用較低的R（F）值并在跨阻放大器后增加增益通常會產(chǎn)生較差的噪聲性能。R（F）產(chǎn)生的噪聲隨R（F）的平方根而增大，而信號則呈線性增加。因此，當(dāng)所有需要的增益被置于跨阻級時，信噪比提高。

2.使求和結(jié)處的光電二極管電容和雜散電容最小（逆變輸入）。這個電容導(dǎo)致運算放大器的電壓噪聲被放大（高頻放大）。使用低噪聲電壓源反向偏置光電二極管可以顯著降低電容。較小的光電二極管具有較低的電容。用光學(xué)器件把光集中在一個小的光電二極管上。

3.噪聲隨著帶寬的增加而增加。將電路帶寬限制在所需的范圍內(nèi)。在R（F）上使用電容器來限制帶寬，即使不需要穩(wěn)定性。

4.電路板泄漏會降低其他設(shè)計良好的放大器的性能。仔細(xì)清潔電路板。環(huán)繞求和結(jié)并以相同電壓驅(qū)動的電路板保護(hù)軌跡可以幫助控制漏電。

應(yīng)用曲線

電源建議

OPAx354系列設(shè)備的工作電壓范圍為2.5 V至5.5 V（±1.25至±2.75 V）；許多規(guī)范適用于-40°C至125°C。與工作電壓或溫度相關(guān)的參數(shù)表現(xiàn)出顯著的差異，這些參數(shù)顯示出典型的特征。

將0.1-μF旁路電容器放在電源引腳附近，以減少噪聲或高阻抗電源的耦合誤差。有關(guān)旁路電容器放置的詳細(xì)信息，請參閱布局指導(dǎo)方針。

布局

布局指南

OPA354必須采用良好的高頻印刷電路板（PCB）布局技術(shù)。大量使用接地層，短而直接的信號軌跡，以及位于V+引腳的合適的旁路電容器，確保清潔、穩(wěn)定的運行。大面積的銅也提供了一種消散正常運行時產(chǎn)生的熱量的方法。

TI不建議使用任何高速放大器的插座。

10nF陶瓷旁路電容器是最小推薦值；當(dāng)驅(qū)動低電阻負(fù)載時，并聯(lián)添加1-μF或更大的鉭電容器是有益的。提供足夠的旁路電容對于實現(xiàn)非常低的諧波和互調(diào)失真至關(guān)重要。

布局示例

功耗

功耗取決于電源電壓、信號和負(fù)載條件。對于直流信號，功耗等于輸出電流乘以導(dǎo)電輸出晶體管上的電壓與−VO的乘積。通過使用所需的盡可能低的電源電壓以確保所需的輸出電壓擺幅，可以將功耗降至最低。

對于電阻負(fù)載，最大功耗發(fā)生在電源電壓一半的直流輸出電壓。交流信號的損耗更低。AB-039功率放大器TRESSANDPOWER HANDLING LIMITIONS解釋了如何計算或測量異常信號和負(fù)載下的功耗。

任何啟動熱保護(hù)電路的趨勢都表明功耗過大或散熱片不足。為了可靠運行，結(jié)溫必須限制在最高150°C。為了估計完整設(shè)計中的安全裕度，應(yīng)提高環(huán)境溫度，直到熱保護(hù)在160°C下觸發(fā)。熱保護(hù)應(yīng)在高于應(yīng)用的最大預(yù)期環(huán)境條件35°C以上觸發(fā)。

PowerPAD熱增強包

除了常規(guī)的5針SOT-23和9針VSSOP封裝外，OPA354的單、雙版本還配有8針SOIC PowerPAD封裝。帶PowerPAD的98針SO是一個標(biāo)準(zhǔn)尺寸的8針SOIC封裝，封裝底部裸露的引線框架可以直接焊接到PCB上，從而產(chǎn)生極低的熱阻。這種直接連接大大增強了OPA354的功耗能力，并消除了傳統(tǒng)上在熱封裝中使用的笨重散熱片和片塞。這個包可以很容易地安裝使用標(biāo)準(zhǔn)的PCB組裝技術(shù)。

注意

由于8針HSOP PowerPAD與標(biāo)準(zhǔn)8針SOIC封裝的引腳兼容，OPA354和OPA2354可以直接取代現(xiàn)有插座中的運算放大器。始終需要將PowerPAD焊接到PCB，即使是低功耗的應(yīng)用程序也是如此。這種配置提供了引線框架模具墊和PCB之間必要的熱連接和機械連接。

PowerPAD封裝的設(shè)計使得引線框架模具墊（或熱墊）暴露在IC底部，如圖40所示。這個暴露的模具在模具和封裝外部之間提供了一個極低的熱阻（RθJC）路徑。IC底部的熱墊可以直接焊接到PCB上，使用PCB作為散熱片。此外，電鍍通孔（過孔）為PCB背面提供了一條低熱阻熱流道。

PowerPAD組裝流程

電源板必須連接到設(shè)備的最負(fù)電源電壓，在單電源應(yīng)用中為接地，在分路供電應(yīng)用中為V−接地。

準(zhǔn)備帶有頂部蝕刻圖案的PCB，如圖41所示。根據(jù)具體的裝配工藝要求，具體的地面設(shè)計可能會有所不同。必須對引線進(jìn)行蝕刻，也必須對熱焊盤進(jìn)行蝕刻。

在熱墊區(qū)域放置推薦數(shù)量的電鍍通孔（或熱通孔）。這些孔的直徑必須為13密耳（.013英寸）。它們保持很小，這樣在回流焊期間，通過孔的焊料芯吸不是問題。TI建議8針HSOP PowerPAD封裝至少有5個孔，如圖41所示。

TI建議，但不要求，在封裝下方和熱墊區(qū)域外設(shè)置少量額外的孔。這些孔在銅熱焊盤和接地層之間提供了額外的熱通道。它們可能更大，因為它們不在需要焊接的區(qū)域，所以芯吸不是問題。該技術(shù)如圖41所示。

將所有孔（包括熱焊盤區(qū)域內(nèi)和焊盤區(qū)域外的孔）連接到內(nèi)部接地平面或其他內(nèi)部銅平面（對于單電源應(yīng)用），并連接到V−上（對于分體式電源應(yīng)用）。

當(dāng)布置這些孔時，不要使用典型的web或spoke via連接方法，如圖42所示。網(wǎng)絡(luò)連接有一個高熱阻連接，有助于減緩焊接過程中的熱傳遞。此功能使焊接具有接地平面連接的過孔更加容易。然而，在這種應(yīng)用中，低熱阻是最有效的傳熱要求。因此，PowerPAD組件下的孔必須連接到內(nèi)部接地層，并在整個電鍍通孔周圍進(jìn)行完整連接。

頂部焊接面罩必須使焊盤連接和熱焊盤區(qū)域暴露。熱墊區(qū)域必須露出13密耳的孔。熱焊盤區(qū)域外較大的孔可以用焊接掩模覆蓋。

在暴露的熱墊區(qū)域和所有封裝端子上涂抹焊膏。

有了這些準(zhǔn)備步驟，PowerPAD IC就可以簡單地放置到位，并像任何標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝元件一樣完成焊接回流焊操作。這樣的準(zhǔn)備和加工會使零件正確安裝。

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