OP484ES

精密轨到轨输入和 输出运算放大器 OP184/OP284/OP484 产品特性 引脚配置 单电源供电 宽带宽：4 MHz 低失调电压：65 μV 单位增益稳定 高压摆率：4.0 V/μs 低噪声：3.9 nV/√Hz DNC 1 –IN A 2 OP184 8 NC 7 V+ 6 OUT A 5 DNC – +IN A 3 V– 4 TOP VIEW (Not to Scale) 00293-001 + NOTES 1. NC = NO CONNECT 2. DNC = DO NOT CONNECT 应用 电池供电仪器仪表 电源控制和保护 电信 DAC输出放大器 ADC输入缓冲器 图1. 8引脚SOIC(S后缀) 1 OP284 8 V+ OUT B –IN A 2 7 +IN A 3 6 –IN B V– 4 5 +IN B TOP VIEW (Not to Scale) OP184/OP284/OP484分别是单通道/双通道/四通道、单电 证工作电压范围为3 V至36 V(或±1.5 V至±18 V)。 OUT A 1 14 OUT D –IN A 2 13 –IN D +IN A 3 12 +IN D V+ 4 11 V– +IN B 5 10 +IN C 其它应用包括便携式电信设备、电源控制与保护，以及用 –IN B 6 9 –IN C 作具有宽输出范围传感器的放大器或缓冲器。要求采用轨 OUT B 7 8 OUT C 源应用。带宽、低噪声与精度特性组合，使其适合滤波器 和仪器仪表等各种应用。 到轨输入放大器的传感器包括霍尔效应传感器、压电传感 OP484 TOP VIEW (Not to Scale) 00293-003 图2. 8引脚PDIP(P后缀)和 8引脚SOIC(S后缀) 源、4 MHz带宽放大器，具有轨到轨输入与输出特性。保 这些放大器非常适合要求交流性能与精密直流性能的单电 00293-002 概述 OUT A 图3. 14引脚PDIP(P后缀)和 14引脚窄体SOIC(S后缀) 器和阻性传感器。 利用轨到轨输入和输出摆幅，设计人员可以在单电源系统 中构建多级滤波器，并保持高信噪比。 OP184/OP284/OP484的 额 定 工 作 温 度 范 围 为 −40°C至 +125°C扩展工业温度范围。单通道OP184提供8引脚SOIC 表贴封装。双通道OP284提供8引脚PDIP和SOIC表贴两种 封装。四通道OP484提供14引脚PDIP和14引脚窄体SOIC两 种封装。 表1. 低噪声运算放大器 电压噪声 单通道 双通道 四通道 0.9 nV AD797 1.1 nV AD8597 AD8599 1.8 nV ADA4004-1 ADA4004-2 ADA4004-4 2.8 nV AD8675/ADA4075-2 AD8676 3.2 nV OP27 OP270 OP470 3.8 nV AD8671 AD8672 AD8674 3.9 nV OP184 OP284 OP484 Rev. J Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from itsuse. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. www.analog.com Tel: 781.329.4700 Fax: 781.461.3113 ©1996–2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 OP184/OP284/OP484 目录 产品特性 ...........................................................................................1 输出反相................................................................................... 15 应用....................................................................................................1 设计单电源应用中的低噪声电路....................................... 15 概述....................................................................................................1 过驱恢复................................................................................... 16 引脚配置 ...........................................................................................1 单电源3 V仪表放大器 ........................................................... 16 修订历史 ...........................................................................................2 2.5 V基准电压源采用3 V电源供电..................................... 17 技术规格 ...........................................................................................3 仅5 V电源的12位DAC实现轨到轨摆幅 ............................ 17 电气特性......................................................................................3 高端电流监控 .......................................................................... 18 绝对最大额定值..............................................................................6 容性负载驱动能力 ................................................................. 18 热阻 ..............................................................................................6 带限流功能的低压差稳压器................................................ 19 ESD警告.......................................................................................6 采用假接地的3 V、50 Hz/60 Hz有源陷波滤波器 .......... 20 典型性能参数 ..................................................................................7 外形尺寸 ........................................................................................ 21 应用信息 ........................................................................................ 14 订购指南................................................................................... 23 功能描述................................................................................... 14 输入过压保护 .......................................................................... 14 修订历史 2011年4月—修订版I至修订版J 2006年4月—修订版C至修订版D 更改图27 ........................................................................................ 10 更改表1 .............................................................................................3 2010年10月—修订版H至修订版I 更改表2 .............................................................................................4 更改表2中输出特性的高输出电压参数 ....................................3 更改表3中输出特性的高输出电压参数 ....................................4 更改表3 .............................................................................................5 删除对“1993系统应用指南”的引用 ......................................... 15 2006年3月—修订版B至修订版C 2010年7月—修订版G至修订版H 增加表1 .............................................................................................1 2009年2月—修订版F至修订版G 更改表3中的大信号电压增益......................................................5 更新“外形尺寸”部分................................................................... 21 更改“订购指南”部分................................................................... 22 更改图1的标题 ................................................................................1 更改表1 .............................................................................................3 更改表2 .............................................................................................4 更改表3 .............................................................................................5 更改表4 .............................................................................................6 更改图5至图9 ..................................................................................7 2008年9月—修订版E至修订版F 更改“功能描述”部分................................................................... 14 更改“概述”部分...............................................................................1 删除SPICE宏模型 ........................................................................ 21 更改图4 .............................................................................................6 更新“外形尺寸”部分................................................................... 21 更改“带限流功能的低压差稳压器”部分................................ 20 更改“订购指南”部分................................................................... 22 2008年7月—修订版D至修订版E 2002年9月—修订版A至修订版B 更改图1 .............................................................................................1 更改引脚配置 ..................................................................................1 更改图12 ...........................................................................................8 更改技术规格中的输入偏置电流最大值..................................2 更改图36和图37 ........................................................................... 12 更改“订购指南”部分......................................................................5 更改“设计单电源应用中的低噪声电路”部分 ....................... 15 更新“外形尺寸”部分................................................................... 19 更新“外形尺寸”部分................................................................... 21 2002年6月—修订版0至修订版A 更改“订购指南”部分................................................................... 22 1996年10月—修订版0：初始版 Rev. J | Page 2 of 24 OP184/OP284/OP484 技术规格 电气特性 除非另有说明，VS = 5.0 V，VCM = 2.5 V，TA = 25°C。 表2. 参数 输入特性 失调电压，OP184/OP284E级1 符号 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VOS −40°C ≤ TA ≤ +125°C 失调电压，OP184/OP284F级1 VOS 失调电压，OP484E级1 VOS 失调电压，OP484F级1 VOS −40°C ≤ TA ≤ +125°C –40°C ≤ TA ≤ +125°C –40°C ≤ TA ≤ +125°C 输入偏置电流 IB 60 –40°C ≤ TA ≤ +125°C 输入失调电流 IOS 2 –40°C ≤ TA ≤ +125°C 输入电压范围 共模抑制比 CMRR 大信号电压增益 AVO 偏置电流漂移 输出特性 高输出电压 低输出电压 输出电流 电源 电源抑制比 每个放大器电源电流 电源电压范围 动态性能 压摆率 建立时间 增益带宽积 相位裕量 噪声性能 电压噪声 电压噪声密度 电流噪声密度 1 VCM = 0 V至5 V VCM = 1.0 V至4.0 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 2 kΩ, 1 V ≤ VO ≤ 4 V RL = 2 kΩ, −40°C ≤ TA ≤ +125°C 0 60 86 50 25 ∆I B/∆T 65 165 125 350 75 175 150 450 450 600 50 50 5 240 150 VOH VOL IOUT IL = 1.0 mA IL = 1.0 mA PSRR ISY VS VS = 2.0 V至10 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C VO = 2.5 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C SR tS GBP ΦM RL = 2 kΩ 至0.01%，1.0 V步进 en p-p en in 0.1 Hz至10 Hz f = 1 kHz 4.80 125 ±6.5 76 1.45 36 3 输入失调电压由自动测试设备在施加电源后约0.5秒时测量。 Rev. J | Page 3 of 24 1.65 nA nA nA nA V dB dB V/mV V/mV pA/°C V mV mA dB mA V 2.4 2.5 3.25 45 V/µs µs MHz 度 0.3 3.9 0.4 -p nV/√Hz pA/√Hz OP184/OP284/OP484 除非另有说明，VS = 3.0 V，VCM = 1.5 V，TA = 25°C。 表3. 参数 输入特性 失调电压，OP184/OP284E级1 符号 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VOS −40°C ≤ TA ≤ +125°C 失调电压，OP184/OP284F级1 VOS 失调电压，OP484E级1 VOS 失调电压，OP484F级1 VOS 输入偏置电流 IB −40°C ≤ TA ≤ +125°C –40°C ≤ TA ≤ +125°C –40°C ≤ TA ≤ +125°C 输入失调电流 输入电压范围 共模抑制比 输出特性 高输出电压 低输出电压 电源 电源抑制比 每个放大器电源电流 动态性能 增益带宽积 噪声性能 电压噪声密度 1 IOS 60 −40°C ≤ TA ≤ +125°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C 0 60 56 CMRR VCM = 0 V至3 V VCM = 0 V至3 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C VOH VOL IL = 1.0 mA IL = 1.0 mA 2.80 PSRR ISY VS = ±1.25 V至±1.75 V VO = 1.5 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C 76 GBP en f = 1 kHz 输入失调电压由自动测试设备在施加电源后约0.5秒时测量。 Rev. J | Page 4 of 24 65 165 125 350 100 200 150 450 450 600 50 3 nA nA nA V dB dB 125 V mV 1.35 dB mA 3 MHz 3.9 nV/√Hz OP184/OP284/OP484 除非另有说明，VS = ±15.0 V，VCM = 0 V，TA = 25°C。 表4. 参数 输入特性 失调电压，OP184/OP284E级1 符号 条件 最小值 典型值 最大值 VOS −40°C ≤ TA ≤ +125°C 失调电压，OP184/OP284F级1 VOS 失调电压，OP484E级1 VOS 失调电压，OP484F级1 VOS 输入偏置电流 IB −40°C ≤ TA ≤ +125°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C CMRR 大信号电压增益 AVO 失调电压漂移(E级) 偏置电流漂移 输出特性 高输出电压 低输出电压 输出电流 电源 电源抑制比 每个放大器电源电流 每个放大器电源电流 动态性能 压摆率 全功率带宽 建立时间 增益带宽积 相位裕量 噪声性能 电压噪声 电压噪声密度 电流噪声密度 1 IOS 输入失调电流 输入电压范围 共模抑制比 80 −40°C ≤ TA ≤ +125°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C VCM = −14.0 V至+14.0 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C VCM = −15.0 V至15.0 V RL = 2 kΩ, −10 V ≤ VO ≤ 10 V RL = 2 kΩ, −40°C ≤ TA ≤ +125°C −15 86 80 150 75 ∆V OS/∆T ∆V B/∆T 90 1000 0.2 150 VOH VOL IOUT IL = 1.0 mA IL = 1.0 mA PSRR ISY ISY VS = ±2.0 V至±18 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C VO = 0 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C VS = ±18 V, −40°C ≤ TA ≤ +125°C 90 SR BWp tS GBP ΦM RL = 2 kΩ 1%失真，RL = 2 kΩ, VO = 29 V p-p 至0.01%，10 V步进 2.4 en p-p en in 0.1 Hz至10 Hz f = 1 kHz 100 200 175 375 150 300 250 500 450 575 50 +15 pA/°C 14.8 −14.875 2.0 2.25 V V mA dB mA mA 4.0 35 4 4.25 50 V/µs kHz µs MHz 度 0.3 3.9 0.4 µV p-p nV/√Hz pA/√Hz . Rev. J | Page 5 of 24 nA nA nA V dB dB V/mV V/mV 2.00 ±10 输入失调电压由自动测试设备在施加电源后约0.5秒时测量。 单位 OP184/OP284/OP484 绝对最大额定值 表5. 参数 电源电压 输入电压 差分输入电压1 对地输出短路持续时间 存储温度范围 P后缀、S后缀封装 工作温度范围 OP184/OP284/OP484E/OP484F 结温范围 P后缀、S后缀封装 引脚温度 (焊接，60秒) 1 热阻 额定值 ±18 V ±18 V ±0.6 V 未定 θ JA 针对最差条件，即对于PDIP，器件在插槽内；对于 SOIC封装，器件焊接在电路板上。 表6. 热阻 −40°C至+125°C 封装类型 8引脚 PDIP(P后缀) 8引脚 SOIC(S后缀) 14引脚 PDIP(P后缀) 14引脚 SOIC(S后缀) −65°C至+150°C 300°C ESD警告 −65°C至+150°C θJA 103 158 83 92 θJC 43 43 39 27 单位 °C/W °C/W °C/W °C/W ESD(静电放电)敏感器件。 对于0.6 V以上的输入电压，输入电流应小于5 mA，以防输入器件性能 下降或受损。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽 管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能量 ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的ESD 防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其他 超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件 能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响 器件的可靠性。 除非另有说明，绝对最大额定值同时适用于裸片和封装 器件。 VCC R4 R3 QB5 QB6 RB3 RB4 R11 TP Q1 Q3 QL1 Q4 Q8 Q7 QB10 +IN Q10 Q9 QL2 Q5 QB2 CB1 N+ Q6 RB2 R1 OUT C O C FF R7 QB4 QB7 QB1 JB2 R6 CC2 Q18 QB3 M P+ QB9 Q2 –IN Q17 Q16 Q12 Q11 JB1 R2 CC1 R5 QB8 Q13 R8 Q14 Q15 R9 R10 VEE 图4. 原理示意图 Rev. J | Page 6 of 24 00293-004 RB1 OP184/OP284/OP484 典型性能参数 240 210 200 180 QUANTITY QUANTITY VS = 5V –40°C ≤ T A ≤ +125°C 250 150 120 150 100 90 60 00293-005 50 30 0 –100 –75 –50 –25 0 25 50 75 0 100 00293-008 270 300 VS = 3V TA = 25°C VCM = 1.5V 0 QUANTITY QUANTITY 1.50 200 180 150 120 150 100 90 60 00293-006 50 30 0 –100 –75 –50 –25 0 25 50 75 0 100 0 图6. 输入失调电压分布图 0.75 1.00 1.25 1.50 –40 VCM = VS/2 –45 INPUT BIAS CURRENT (nA) 150 125 100 75 50 –50 –25 0 25 50 75 INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) 100 –50 –55 VS = +5V –60 –65 –70 VS = ±15V –75 00293-007 25 –75 0.50 图9. 输入失调电压漂移分布图 VS = ±15V TA = 25°C 0 –125 –100 0.25 OFFSET VOLTAGE DRIFT, TCVOS (µV/°C) INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) QUANTITY 1.25 VS = ±15V –40°C ≤ T A ≤ +125°C 250 210 175 1.00 300 VS = 5V TA = 25°C VCM = 2.5V 240 200 0.75 00293-009 300 0.50 图8. 输入失调电压漂移分布图 图5. 输入失调电压分布图 270 0.25 OFFSET VOLTAGE DRIFT, TCVOS (µV/°C) INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) –80 –40 125 00293-010 300 25 85 TEMPERATURE (°C) 图7. 输入失调电压分布图 图10. 偏置电流与温度的关系 Rev. J | Page 7 of 24 125 OP184/OP284/OP484 500 1.50 200 100 0 –100 –200 –300 00293-011 INPUT BIAS CURRENT (nA) 300 –400 –500 –15 –10 –5 0 5 10 TA = 25°C 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0 15 00293-014 400 SUPPLY CURRENT/PER AMPLIFIER (mA) VS = ±15V 0 ±2.5 ±5.0 ±7.5 ±10.0 ±12.5 ±15.0 COMMON-MODE VOLTAGE (V) SUPPLY VOLTAGE (V) 图11. 输入偏置电流与共模电压的关系 图14. 电源电流与电源电压的关系 1000 ±17.5 ±20.0 50 VS = ±15V SHORT-CIRCUIT CURRENT (mA) SOURCE 100 SINK 1 +ISC 10 –25 0 25 50 75 100 LOAD CURRENT (mA) TEMPERATURE (°C) 图12. 输出电压至供电轨与负载电流的关系 图15. 短路电流与温度的关系 70 50 OPEN-LOOP GAIN (dB) VS = ±15V 1.0 0.9 0.8 VS = +5V 0.7 VS = +3V 0.6 25 85 125 VS = 5V TA = 25°C NO LOAD 60 1.1 00293-015 0 –50 10 00293-013 SUPPLY CURRENT/AMPLIFIER (mA) 20 40 0 30 45 20 90 10 135 0 180 –10 225 –20 270 –30 10k 125 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) TEMPERATURE (°C) 图16. 开环增益和相位与频率的关系(空载) 图13. 电源电流与温度的关系 Rev. J | Page 8 of 24 PHASE SHIFT (Degrees) 0.1 –ISC –ISC VS = +5V, VCM = +2.5V 1.2 0.5 –40 30 00293-016 10 0.01 +ISC 00293-012 OUTPUT VOLTAGE (mV) VS = ±15V 40 OP184/OP284/OP484 70 60 VS = 3V TA = 25°C NO LOAD 60 30 45 20 90 10 135 0 180 –10 225 –20 270 –30 10k 100k 1M 30 20 10 0 –10 –20 00293-020 0 00293-017 40 CLOSED-LOOP GAIN (dB) 40 PHASE SHIFT (Degrees) 50 OPEN-LOOP GAIN (dB) VS = 5V RL = 2kΩ TA = 25°C 50 –30 –40 10 10M 100 1k FREQUENCY (Hz) 100k 70 60 VS = ±15V TA = 25°C NO LOAD 60 10M VS = ±15V RL = 2kΩ TA = 25°C 50 50 90 10 135 0 180 225 –20 270 –30 10k 100k 1M 30 20 10 0 –10 –20 00293-020 45 20 CLOSED-LOOP GAIN (dB) 30 00293-018 0 PHASE SHIFT (Degrees) 40 40 –10 –30 –40 10 10M 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 10M 图21. 闭环增益与频率的关系(2 kΩ负载) 2500 60 VS = 3V RL = 2kΩ TA = 25°C 50 2000 CLOSED-LOOP GAIN (dB) 40 VS = ±15V –10V < VO < +10V RL = 2kΩ 1000 VS = +5V +1V < VO < +10V RL = 2kΩ –25 0 25 20 10 0 –10 –20 00293-019 500 30 50 75 100 00293-020 1500 0 –50 1M FREQUENCY (Hz) 图18. 开环增益和相位与频率的关系(空载) OPEN-LOOP GAIN (V/mV) 1M 图20. 闭环增益与频率的关系(2 kΩ负载) 图17. 开环增益和相位与频率的关系(空载) OPEN-LOOP GAIN (dB) 10k FREQUENCY (Hz) –30 –40 10 125 TEMPERATURE (°C) 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图22. 闭环增益与频率的关系(2 kΩ负载) 图19. 开环增益与温度的关系 Rev. J | Page 9 of 24 10M OP184/OP284/OP484 AV = +10 AV = +100 210 180 150 120 90 AV = +1 30 0 10 100 1k 10k 100k 1M 3 2 1 00293-023 60 4 0 1k 10M VS = 5V VIN = 0.5V TO 4.5V RL = 2kΩ TA = 25°C 00293-026 OUTPUT IMPEDANCE (Ω) 240 10k 100k FREQUENCY (Hz) 图23. 输出阻抗与频率的关系 300 270 30 VS = 15V TA = 25°C 210 20 AV = +10 AV = +100 VOUT (V) OUTPUT IMPEDANCE (Ω) VS = ±15V VIN = ±14V RL = 2kΩ TA = 25°C 25 180 150 120 15 10 90 60 AV = +1 100 1k 10k 100k 1M 5 00293-024 30 0 1k 10M 10k FREQUENCY (Hz) AV = +10 160 120 180 100 CMRR (dB) 210 150 120 60 40 60 20 AV = +1 30 10k 100k 1M VS = ±15V 80 90 1k TA = 25°C 140 00293-025 OUTPUT IMPEDANCE (Ω) 图27. 最大输出摆幅与频率的关系 AV = +100 100 10M 180 VS = 3V TA = 25°C 240 0 10 1M VS = +3V VS = +5V 00293-028 270 100k FREQUENCY (Hz) 图24. 输出阻抗与频率的关系 300 10M 图26. 最大输出摆幅与频率的关系 240 0 10 1M FREQUENCY (Hz) 00293-027 270 5 VS = 5V TA = 25°C MAXIMUM OUTPUT SWING (V p-p) 300 0 –20 10 10M FREQUENCY (Hz) 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 图28. CMRR与频率的关系 图25. 输出阻抗与频率的关系 Rev. J | Page 10 of 24 1M 10M OP184/OP284/OP484 160 25 NOISE DENSITY (nV/ Hz) 120 PSRR (dB) 100 80 VS = ±15V 60 40 VS = +5V 20 0 20 15 10 100 1k 10k 100k 1M 00293-029 5 VS = +3V –20 –40 10 ±2.5V ≤ V S ≤ ±15V TA = 25°C 0 10M 00293-032 140 30 TA = 25°C 1 10 图29. PSRR与频率的关系 10 OVERSHOOT (%) 60 –OS 40 +OS 30 20 00293-030 10 0 10 100 8 6 4 2 0 1000 ±2.5V ≤ V S ≤ ±15V TA = 25°C 00293-033 CURRENT NOISE DENSITY (pA/ Hz) VS = ±2.5V TA = 25°C, AVCL = 1 70 V = ±50mV IN 50 1 10 CAPACITIVE LOAD (pF) 1000 图33. 电流噪声密度与频率的关系 7 5 VS = ±15V RL = 2kΩ VS = 5V TA = 25°C 4 3 +SLEW RATE 5 2 3 +SLEW RATE 2 0.01% –1 –3 VS = ±5V RL = 2kΩ 1 0 0.1% 0 –2 –SLEW RATE –25 1 25 50 75 100 00293-034 4 STEP SIZE (V) –SLEW RATE 00293-031 SLEW RATE (V/µs) 100 FREQUENCY (Hz) 图30. 小信号过冲与容性负载的关系 6 1000 图32. 电压噪声密度与频率的关系 80 0 –50 100 FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) –4 –5 125 TEMPERATURE (°C) 0 1 2 3 4 5 SETTLING TIME (µs) 图31. 压摆率与温度的关系 图34. 阶跃大小与建立时间的关系 Rev. J | Page 11 of 24 6 OP184/OP284/OP484 160 VS = ±15V TA = 25°C 8 CHANNEL SEPARATION (dB) 6 STEP SIZE (V) 4 2 0.1% 0 0.01% –2 –4 00293-035 –6 –8 –10 0 1 2 3 4 5 TA = 25°C 140 120 VS = ±15V 100 80 60 VS = +3V 40 20 0 00293-038 10 –20 –40 100 6 1k 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) SETTLING TIME (µs) 图35. 阶跃大小与建立时间的关系 图38. 通道隔离与频率的关系 0.3 VS = 5V AV = +1 RL = OPEN CL = 300pF TA = 25°C VS = ±2.5V AV = 10M 0.2 100 400mV 90 0V 10 NOISE (µV) 0.1 0 –0.1 –4 –3 –2 –1 0 TIME 1 2 3 4 5 1µs 00293-036 100mV –0.3 –5 图36. 0.1 Hz至10 Hz噪声 00293-039 0% –0.2 图39. 小信号瞬态响应 0.3 VS = 5V AV = +1 RL = 2kΩ CL = 300pF TA = 25°C VS = ±15V AV = 10M 0.2 100 400mV 90 0V 10 0 –0.1 100mV –0.3 –5 –4 –3 –2 –1 0 TIME 1 2 3 4 5 1µs 图37. 0.1 Hz至10 Hz噪声 图40. 小信号瞬态响应 Rev. J | Page 12 of 24 00293-040 0% –0.2 00293-037 NOISE (µV) 0.1 OP184/OP284/OP484 100 VO = ±0.75V 90 THD+N (%) +200mV 0.1 VS = ±1.5V AV = +1 NO LOAD TA = 25°C 0V –200mV AV = +1000 VS = ±2.5V RL = 2kΩ 0.01 VO = ±2.5V 10 500ns VO = ±1.5V 0.001 0.0005 20 100 00293-043 100mV 00293-041 0% 1k 10k FREQUENCY (Hz) 图41. 小信号瞬态响应 VS = ±0.75V AV = +1 NO LOAD TA = 25°C 100 +200mV 图43. 总谐波失真加噪声与频率的关系 90 0V 10 0% 100mV 1µs 00293-042 –200mV 图42. 小信号瞬态响应 Rev. J | Page 13 of 24 20k OP184/OP284/OP484 应用信息 功能描述 为实现轨到轨输出，OP284针对源电流和吸电流的输出级 OP184/OP284/OP484是单电源供电、精密轨到轨运算放大 设计采用独特的拓扑结构，此电路拓扑如图45所示。输出 器。OPx84系列器件针对便携式仪器仪表市场而设计，集 级由第二增益级电压驱动。通过输出级的信号路径是反相 高精度、宽带宽和低噪声等特性于一体，是同时要求高交 的，也就是说：对于正输入信号，Q1向Q6提供基极电流 流性能和精密直流性能的单电源应用的理想选择。OP284 驱动，使其传导(吸收)电流；对于负输入信号，信号路径 同样适合其他低电源电压应用，包括有源滤波器、音频麦 (经过Q1→Q2→D1→Q4→Q3)向Q5提供基极电流驱动，从而 克风前置放大器、电源控制和电信。为将所有这些特性与 传导(流出)电流。两个放大器会一直提供输出电流，直到 轨到轨输入/输出操作结合在一起，需要采用新型电路设 发生饱和；饱和发生在距负供电轨约20 mV时和距正供电 计技术。 轨约100 mV时。 V+ Q Q3 +IN x D1 Q4 2 R4 – Q Q5 Q3 Q1 VOUT R1 –IN x D2 Q6 – R3 3kΩ I2 INPUT FROM SECOND GAIN STAGE V01 I2 R2 V02 Q2 R4 3kΩ V– Q4 I1 R3 D1 R5 R6 V– 图44. OP284等效输入电路 例如，图44显示了OP184/OP284/OP484输入级的简化等效 电路。它包括一个NPN差分对(Q1→Q2)和一个PNP差分对 (Q3→Q4)，两个差分对同时工作。二极管网络D1→二极管 网络D2用于箝位施加于OP284的差分输入电压，从而保护 输入晶体管不受雪崩损害。输入级电压增益保持较低的 值，以便支持输入轨到轨操作。两对差分输出电压连接到 OP284的第二级，它是一个复合折叠级联增益级，在第二 增益级中；两对差分输出电压合并为一个单端输出信号电 压，用来驱动输出级。输入级的一个关键问题是输入偏置 00293-045 1 R2 4kΩ I1 00293-044 R1 4kΩ V+ 图45. OP284等效输出电路 因此，输出晶体管的饱和电压设置OP284最大输出电压摆 幅的限值。输出短路电流由第二增益级输入Q1基极的最 大信号电流决定。在输出短路情况下，输入电流约为 100 µA。晶体管电流增益约为200，因此典型短路电流限 值为20 mA。输出级也有一定的电压增益，这是通过使用 共射极放大器实现的，因此，输出级的电压增益(因而器 件的开环增益)在一定程度上取决于OP284输出端的总负 载电阻。 电流在输入共模电压范围内的行为。OP284的输入偏置电 输入过压保护 流是Q1→Q3和Q2→Q4中的基极电流的算术和。这种设计 和任何半导体器件一样，如果存在器件输入电压可能超过 方法导致OP284的输入偏置电流不仅表现出不同的幅度， 任一电源电压的情况，就必须考虑器件的输入过压I-V特 而且表现为不同的极性。图10很好地说明了这种效应。因 性。发生过压时，放大器可能会受损，具体取决于所施加 此，为实现最佳直流和交流性能，连接到OP284输入端的 电压的幅度和故障电流的幅度。图46显示了OP284的过压 有效源阻抗必须平衡，这点非常重要。 I-V特性。此图的产生条件是电源引脚连接到GND，并且 波形记录仪的集电极输出驱动连接到输入端。 Rev. J | Page 14 of 24 INPUT CURRENT (mA) OP184/OP284/OP484 5 对于这些器件，外部箝位二极管(阳极连接到地、阴极连接 4 到输入端)防止输入信号偏移超过器件的负电源(即GND)， 3 从而阻止致使输出电压改变相位的条件出现。JFET输入放 2 大器也可能发生反相，这种情况下，通常需要一个串联输 1 入电阻来防止反相。 0 只要施加的输入电压不大于电源电压，OP284就不存在合 –1 理的输入电压范围限制。虽然器件输出不会反相，但可能 有大电流流过输入保护二极管，如图46所示。因此，对于 –2 –3 00293-046 –4 –5 –5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 输入电压很有可能超过电源电压的应用，应采用“输入过压 保护”部分提出的技术。 5 设计单电源应用中的低噪声电路 INPUT VOLTAGE (V) 图46. OP284的输入过压I-V特性 在单电源应用中，OP284等器件可以通过轨到轨操作扩展 如图46所示，当输入比正供电轨高 1.8 V且比负供电轨低 应用的动态范围。事实上，OPx84系列是同类产品中率先 0.6 V时，OP284的内部p-n结加电，并允许电流从输入端流 向电源。如图44中的简化等效电路所示，OP284没有任何 将单电源、轨到轨操作和低噪声等特性集于一体的器件。 它是首个输入噪声电压频谱密度小于4 nV/√Hz(1 kHz时) 内部限流电阻，因此故障电流可能迅速升高到能造成损坏 的系列器件。另外，它专门针对低噪声、单电源应用而 的水平。 设计，因此，讨论单电源应用中的电路噪声概念是合 该输入电流如果以5 mA为限，则不会损坏器件。对于OP284， 适的。 一旦输入超过负电源0.6 V，输入电流就会迅速超过5 mA。 参考图48所示的运放噪声模型电路配置，对于源电阻RS， 如果此情况持续存在，则应外加一个串联电阻，其代价是 放大器的总等效输入噪声电压表示为： 热噪声增加。图47显示一个过压保护放大器的典型同相配 V ，单位为 Hz 置，其中串联电阻RS按照以下公式选择： RS = 其中： VIN ( MAX ) − VSUPPLY RS = 2R，即有效或等效电路源电阻。 5 mA 例如，1 kΩ电阻可以保护OP284不受电源电压上下5 V的输 入信号影响。对于两路输入均使用的其他配置，每路输入 均应添加一个串联电阻来提供保护，防止受损。同样，为 了确保最佳直流和交流性能，建议平衡源阻抗。 (enR)2为源电阻的热噪声电压功率(4kTR)。 k为波尔兹曼常数(1.38 x 10–23 J/K)。 T为用开氏度表示的电路环境温度(T = 273.15 + TA °C)。 (inOA)2为运放等效输入噪声电流频谱功率(1 Hz带宽)。 (enOA)2为运放等效输入噪声电压频谱功率(1 Hz带宽)。 R2 VIN OP284 VOUT NOISELESS 00293-047 1/2 R1 enR R 图47. 输入端的串联电阻将过压电流限制在安全值以下 NOISELESS enOA inOA enR inOA IDEAL NOISELESS OP AMP RS = 2R 输出反相 某些设计用于单电源操作的运算放大器，当其输入被驱动 到有用共模范围以外时，会发生输出反相。通常，对于单 电源双极性运算放大器，负电源决定共模范围的下限。 Rev. J | Page 15 of 24 图48. 用于确定电路总等效输入噪声电压和 噪声系数的运放噪声电路模型 00293-048 R OP184/OP284/OP484 为帮助设计，图49显示了OP284的总等效输入噪声和一个 10 电阻的总热噪声以供比较。注意，源电阻小于1 kΩ时，OP284 9 8 FREQUENCY = 1kHz TA = 25°C OP284 TOTAL EQUIVALENT NOISE 7 6 5 4 3 2 10 00293-050 EQUIVALENT THERMAL NOISE (nV/ Hz) NOISE FIGURE (dB) 的噪声以等效输入噪声电压为主。 100 FREQUENCY = 1kHz TA = 25°C 1 0 100 RESISTOR THERMAL NOISE ONLY 1k 10k 100k 图50. OP284噪声系数与源电阻的关系 00293-049 1 100 1k 10k TOTAL SOURCE RESISTANCE, RS (Ω) 因此，为在单电源应用中实现最佳电路SNR，建议选择等 100k 效输入噪声电压最低的运算放大器，以及能使电路总噪声 TOTAL SOURCE RESISTANCE, RS (Ω) 维持较低水平的源电阻。 图49. OP284等效热噪声与总源电阻的关系 由于电路信噪比(SNR)是最终分析的关键参数，因此常常 过驱恢复 用噪声系数(NF)来表示电路的噪声特性。噪声系数定义为 运算放大器的过驱恢复时间是指输出电压从饱和状态恢复 电路的输出信噪比与输入信噪比的比值。 到线性区间所需的时间。恢复时间对要求在发生大瞬变事 根据以上定义的运放电压和电流噪声参数，电路NF(以dB 件后，放大器必须快速恢复的应用很重要。图51所示电路 为单位)可表示为： 用于评估OP284过载恢复时间。OP284从正饱和状态恢复 需要大约2 µs，从负饱和状态恢复需要大约1 µs。 R1 10kΩ R2 10kΩ +5V 2 NF (dB)是电路的噪声系数，用分贝(dB)表示。 R3 9kΩ (enOA) 为OP284噪声电压频谱功率(1 Hz带宽)。 2 VIN 10V STEP (InOA)2为OP284噪声电流频谱功率(1 Hz带宽)。 (enRS)2为源电阻的热噪声电压功率(= 4kTRS)。 8 1/2 3 OP284 1 VOUT 4 –5V 00293-051 其中： 图51. 输出过载恢复时间的测试电路 RS为放大器端的有效或等效源电阻。 单电源3 V仪表放大器 电路噪声系数的计算直截了当，因为不需要确定应用中的 OP284的低噪声、宽带宽和轨到轨输入/输出特性，使它特 信号电平。然而，许多将NF计算用作实现最佳SNR基础的 别适合低电源电压应用，例如图52所示的双运放仪表放大 设计人员相信，低噪声系数等于低总噪声。事实则是完全 器。该电路采用经典双运放仪表放大器拓扑，通过四个电 相反，如图50所示。OP284的噪声系数表示为源电阻的函 阻设置增益。该电路的传递函数与同相放大器相同。电阻 数。注意，当源电阻为10 kΩ时，OP284的噪声系数最低。 R2和电阻R3应精密匹配，电阻(R1 + P1)和电阻R4也应精密 然 而 ， 图 49显 示 ： 在 该 源 电 阻 水 平 ， OP284产 生 大 约 匹配，确保电路具有良好的共模抑制性能。 14 nV/√Hz的总等效电路噪声。应用中的信号电平总是 提高到使电路信噪比(SNR)最大的水平，但低压单电源应 用无法提供此选择。 Rev. J | Page 16 of 24 OP184/OP284/OP484 本电路中的R2和R3应使用电阻网络，因为它们可提供必 基准电压源的性能衡量指标之一是其从负载电流突变状态 要的相对容差匹配，从而实现良好的性能。匹配网络还能 恢复的能力。当提供1 mA的稳态负载电流时，对于±1 mA 提供一致的电阻相对温度系数，有利于电路实现良好的温 的负载电流总变化，该电路可在1.5 μs内恢复到设定输出电 度稳定性。调整电位计P1用于实现最佳直流CMR，C1用 压的0.01%。 于优化交流CMR。利于图中所示值，在20 Hz至20 kHz的 3V 频率范围内，电路CMR优于80 dB。在0.1 Hz至10 Hz频 3V R1 17.4kΩ 段，电路折合到输入端(RTI)噪声低至0.45 μV p-p，令人惊 3 + AD589 – 叹。电阻RP1和电阻RP2用于保护OP284输入免受输入过压 损害。电容C2可用来限制电路带宽，从而降低敏感应用 2 1/2 8 OP284 0.1µF 1 2.5VREF 4 中的宽带宽噪声。此电容的值应根据电路所需的闭环带宽 R3 100kΩ R2 100kΩ P1 5kΩ 00293-053 进行调整。R4至C2时间常数产生的极点所处频率为： RESISTORS = 1%, 100ppm/°C POTENTIOMETER = 10 TURN, 100ppm/°C 图53. 2.5 V基准电压源采用3 V单电源供电 2.5 V基准电压源采用3 V电源供电 很多单电源应用常常需要2.5 V基准电压。许多商用单芯片 2.5 V基准电压源至少需要4 V电源供电。当最低工作电源电 压为3 V时，问题更棘手。图53所示电路是一个2.5 V基准电 压源采用3 V单电源供电的例子。该电路利用OP284轨到轨 输入/输出电压范围将AD589 1.235 V输出放大为2.5 V。 仅5 V电源的12位DAC实现轨到轨摆幅 OP284非常适合与CMOS DAC一起使用来产生宽输出范围 的数字控制电压。图54显示DAC8043配合AD589使用以产 生0 V至1.23 V的电压输出。DAC实际上是在电压开关模式 下工作，基准电压源连接到电流输出I OUT ，输出电压从 VREF引脚获得。此拓扑结构本身就是同相的，而经典电流 输出模式则是反相的，无法用于单电源应用。 5V 8 VDD VIN – RP2 1kΩ 1.23V 3V 5 3 2 C1 AC CMRR TRIM 5pF TO 40pF A1 1 R3 1.1kΩ R2 1.1kΩ R1 9.53kΩ P1 500Ω 6 AD589 8 7 A2 IOUT GND CLK SR1 LD 7 6 5 DIGITAL CONTROL R4 10kΩ R3 232Ω 1% C2 2 1 DAC8043 VREF 4 4 A1, A2 = 1/2 OP284 R4 GAIN = 1 + R3 SET R2 = R3 R1 + P1 = R4 3 VOUT R2 32.4Ω 1% 5V 3 2 1/2 8 OP284 1 VOUT = D 4096 (5V) 4 R4 100kΩ 1% 图54. 仅5 V电源的12位DAC实现轨到轨摆幅 00293-052 + RP1 1kΩ RRB 00293-054 R1 17.8kΩ 图52. 单电源、3 V低噪声仪表放大器 O P 2 8 4 的 低 T C V OS ( 1 . 5 μ V / ° C ) 有 助 于 维 持 输 出 电 压 在该应用中，OP284起到两个作用。首先是缓冲DAC VREF 引脚的高输出阻抗(约为10 kΩ)。该运算放大器提供低阻抗 输出以驱动随后的电路。 温度系数(以R2和R3的温度系数为主)不变。此电路 其次，该运算放大器放大输出信号以提供轨到轨输出摆 采用100 ppm/°C TCR电阻，输出电压的温度系数为 幅。本例中，增益设置为4.1，因此，当DAC输出为满量 200 ppm/°C。若要实现更精确的温度性能，建议使用温度 系数更低的电阻。 程时，电路产生5 V输出。若需其他输出电压范围，例如 0 V ≤ VOUT ≤ 4.095 V，可通过调整R2和R3的值来轻松更改 增益。 Rev. J | Page 17 of 24 OP184/OP284/OP484 高端电流监控 5V 0.1µF 在电源控制电路设计中，相当一部分工作是要确保调整管 1/2 VIN 100mV p-p 器件功耗是这些设计的重中之重。图55所示电路是3 V单 OP284 VOUT RS 50Ω 电源高端电流监控的示例，它可集成到具有折返电流限制 CS 100nF CL 1nF 00293-056 能在宽负载电流范围内长期保持稳定。因此，监控和限制 功能的稳压器设计中或具有过压保护的高电流电源设计 中。该设计利用OP284轨到轨输入电压范围检测0.1 Ω分流 图56. 缓冲器网络补偿容性负载 电阻上的压降。一个P沟道MOSFET用作电路中的反馈元 第一步是确定电阻RS的值。一个合适的初始值是100 Ω(最 件，将运算放大器的差分输入电压转换为电流。此电流作 佳值通常低于100 Ω)。然后减小此值，直至小信号瞬态响 用于R2，产生负载电流的线性表示—电压。该电流监控器 应达到最优为止。接下来确定CS，10 μF是一个合适的初始 的传递函数为： 值。然后在性能满足要求的前提下减小此值，直至其不能 再减小为止(通常为1 μF)。如果OP284驱动10 nF负载电容， R 监控输出 = R2 ×  SENSE  × I L  R1  最佳缓冲器网络是20 Ω电阻与1 μF电容串联。这样可获得 立竿见影的好处，如图57中的示波器曲线所示。上面的曲 使用所示的元件值，监控输出的传递特性为2.5 V/A。 RSENSE 0.1Ω 3V 3 2 S M1 SI9433 缓冲器网络的情况下获得。过冲和响铃振荡的幅度大幅降 3V 3V R1 100Ω 线是在1 nF负载下获得，下面的曲线是在采用50 Ω、100 nF IL 1/2 低。表7给出了针对大负载电容的几个缓冲器网络样例。 0.1µF 8 OP284 1 DLY 4 100 90 G 1nF LOAD ONLY R2 2.49kΩ 00293-055 D MONITOR OUTPUT 5.49µs 图55. 高端负载电流监控 10 0% OP284具有出色的容性负载驱动能力。它可驱动最高1 nF的 50mV 50mV 容性负载，如图30所示。虽然该器件很稳定，但驱动容性 负载要付出一定的代价，即牺牲一部分带宽。对于2 nF以 B W 2µs 图57. 增加一个缓冲器网络与1 nF负载并联可降低过冲和响铃振荡 上的负载，带宽降至1 MHz以下。输出端使用缓冲器网络 不会提高带宽，但可显著降低给定容性负载下的过冲量。 缓冲器由R-C串联网络(RS、CS)组成，如图56所示，连接 在器件输出端与地之间。此网络与负载电容CL并联工作， 提高必要的相位滞后补偿。电阻和电容的值最好通过经验 00293-057 SNUBBER IN CIRCUIT 容性负载驱动能力 图7. 针对大容性负载的缓冲器网络 负载电容(CL) 1 nF 10 nF 100 nF 确定。 Rev. J | Page 18 of 24 缓冲器网络(RS、CS) 50 Ω, 100 nF 20 Ω, 1 µF 5 Ω, 10 µF OP184/OP284/OP484 带限流功能的低压差稳压器 对于本例，VOUT = 4.5 V，VOUT2 = 2.5 V，要求U1B增益为 很多电路要求经调节的稳定电压在电位上与未经调节的输 1.8倍，因此R3和R2的选择比例为1.2:1或10.0 kΩ:8.06 kΩ 入源相对接近。利用OP284等轨到轨输出运算放大器很容 (使用最接近的1%值)。注意，为使VOUT直流误差最低， 易实现这种低压差型调节器，因为宽输出摆幅很容易驱动 R2||R3应始终等于R1(如本例所示)，而且电阻R2和R3应为 低饱和电压调整管。此外，当运算放大器也采用轨到轨输 稳定的、容差接近的金属薄膜型。图58中的表格给出了一 入特性时，它特别有用，因为该因素允许放大器执行高端 些常用电压对应的R1至R3值。不过应注意，一般而言， 电流检测以限制正供电轨电流。典型实例是从3 V至9 V范 输出可以是VOUT2和Q1的12 V最大额定值之间的任意值。 围系统电源或从任何要求低压差性能以提高电源效率的地 Q1的低电压饱和特性是低压差的重要部分，另一个部分 方产生电压。此4.5 V实例利用5 V标称电源工作，其在最 是具有良好直流精度的低电流检测比较阈值。本例中，这 差情况下的电平降至4.6 V或更低。图58显示了这样一种稳 是由电流检测放大器U1A提供的，U1A由来自1.235 V的 压器设置，它采用OP284和一个低RDS(ON)、P沟道MOSFET 20 mV基准电压、AD589基准二极管D2和R7至R8分压器组 调整管。此电路的部分低压差性能由Q1提供，其额定值 成。当输出电流与RS值的乘积与此电压阈值一致时，电流 导通电阻为0.11 Ω，栅极驱动电压仅2.7 V。这种相对较低 控制环路就会启动，U1A通过D1驱动Q1栅极。这将使 的栅极驱动阈值使得稳压器能够采用低至3 V的电源供电， 整个电路操作进入电流控制模式，其电流限值I LIMIT定义 而总体性能不受影响。 如下： 电路的主电压控制环路操作由OP284的一半U1B提供。此  VR ( D2 )  R7   I LIMIT =     RS  R7 + R8  电压控制放大器放大三引脚U2 (REF192)产生的2.5 V基准 电压。调节输出电压VOUT即为： C4 0.1µF RS 0.05Ω +VS R6 4.99kΩ R7 4.99kΩ D2 AD589 3 U1A OP284 8 2 R8 301kΩ 1 R5 22.1kΩ D1 1N4148 4 R4 2.21kΩ C1 0.01µF C5 0.01µF R9 27.4kΩ D3 1N4148 C2 0.1µF VC OPTIONAL ON/OFF CONTROL INPUT CMOS HI (OR OPEN) = ON LO = OFF 2 5 R11 1kΩ R1 4.53kΩ U2 REF192 6 3 4 6 R10 1kΩ VOUT2 2.5V C2 1µF 7 U1B OP284 VOUT 5.0V R3 10kΩ 4.5V 3.3V 3.0V VIN COMMON R2 8.06kΩ OUTPUT TABLE R1kΩ R2kΩ 4.99 10.0 4.53 8.08 2.43 3.24 1.69 2.00 VOUT = 4.5V @ 350mA (SEE TABLE) R3kΩ 10.0 10.0 10.0 10.0 C6 10µF VOUT COMMON 图58. 带限流功能的低压差稳压器 Rev. J | Page 19 of 24 00293-058 VS > VOUT + 0.1V Q1 SI9433DY OP184/OP284/OP484 显然，此比较电压需要保持较小的值，因为它会成为总压 电力线频率干扰常常会使心率、血压读数、EEG和EKG等 差电压的一个重要部分。这里，20 mV基准电压高于OP284 低频生理信号模糊不清，通常使用陷波滤波器来抑制这种 的典型失调电压，但占VOUT的百分比(