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OPA2650双宽带低功耗电压反馈运算放大器

2020-9-21 17:56:40  76 OPA2650
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特征
●低功率:50mW/Chan。
●单位增益稳定带宽:360MHz
●快速沉降时间:20ns至0.01%
●低谐波:5MHz时为-77dBc
●差分增益/相位误差:0.01%/0.025°
●高输出电流:85mA
应用
●高分辨率视频
●基带放大
●CCD成像放大器
超声信号处理
●ADC/DAC增益放大器
●有源滤波器
●高速积分器
●差分放大器
说明
OPA2650是一款双路、低功耗、宽带电压反馈运算放大器。它具有360MHz的高带宽以及仅20ns的12位稳定时间。低失真允许它在通信应用中使用,而宽频带和真正的差分输入级使其适用于各种有源滤波器应用。它的低失真为电信、医疗成像和视频应用提供了卓越的性能。
OPA2650内部补偿了统一增益稳定性。由于其“经典”运算放大器电路结构,该放大器具有完全对称的差分输入。它不寻常的速度、精度和低功耗的结合,使其成为许多便携式、多通道和其他高速应用的突出选择,在这些应用中,功率是很高的。
OPA2650还提供单(OPA650)和四(OPA650)配置。

注:图中只显示了OPA2650的一半。
典型性能曲线
除非另有说明,否则TA=+25°C,VS=±5V,RL=100Ω,RFB=402Ω。当增益为+1时,RFB=25Ω。

应用程序信息
性能讨论
OPA2650是一种双低功耗、宽带电压反馈运算放大器。每个通道都进行了内部补偿,以提供单位增益稳定性。OPA2650的电压反馈结构具有真正的差分和完全对称的输入。这使偏移误差最小化,使OPA2650非常适合实现滤波器和仪器设计。作为一个双运算放大器,OPA2650是一个理想的选择,在需要多个通道的设计,减少板空间,功耗和成本是关键。它的交流性能经过优化,可提供160MHz的增益带宽积和11ns的快速0.1%的稳定时间,这是高速数据转换应用中的一个重要考虑因素。由于其优良的沉降特性,±1mV的低直流输入偏移和±3μV/°C的漂移支持高精度要求。在需要更高转换率和更宽带宽的应用中,例如视频和高比特率数字通信,考虑双电流反馈OPA2658。
电路布局和基本操作
要获得最佳的性能与高频放大器,如OPA2650需要仔细注意布局寄生和外部元件的选择。PC板布局和元件选择的建议包括:
a)、寄生电容最小化所有信号输入/输出引脚的任何交流接地。输出端和反向输入端上的寄生电容会导致不稳定;在非换向输入端,寄生电容会与源端阻抗发生反应,导致无意中的带宽限制。为了减少不必要的电容,信号输入/输出引脚周围的窗口应该在所有地面和电源平面上打开。否则,地面和动力飞机应该在其他地方保持完整。
b)、缩短距离(<0.25”)从两个电源引脚到高频0.1μF去电容器。在管脚处,接地和电源平面布置不应靠近信号输入/输出管脚。避免狭窄的电源和接地痕迹,以尽量减少引脚和去耦电容器之间的电感。还应使用较大的(2.2μF至6.8μF)去耦电容器,在较低频率下有效。这些可以放置在离设备稍远的地方,并且可以在PC板的相同区域中的多个设备之间共享。
c)、仔细选择和放置外部组件将保持OPA2650的高频性能. 电阻器应为非常低的电抗类型。表面贴装电阻工作最好,并允许更紧凑的整体布局。金属薄膜或碳成分轴向引线电阻器也能提供良好的高频性能。同样,让他们的线索尽可能短。切勿在高频应用中使用线绕式电阻器。
由于输出引脚和逆变输入引脚对寄生电容最为敏感,因此始终将反馈和串联输出电阻器(如有)尽可能靠近封装引脚。其他网络元件,如非转换输入端接电阻器,也应放在靠近封装的地方。
即使低寄生电容分流电阻器,过高的电阻值也会产生显著的时间常数并降低性能。好的金属膜或表面贴装电阻器与电阻器并联时大约有0.2pF。对于电阻值>1.5kΩ,这会在500MHz以下增加一个极和/或零,这可能会影响电路的运行。保持电阻值尽可能低,以符合输出负载的考虑。用于典型性能图的402Ω反馈是一个很好的设计起点。注意,对于单位增益跟随器,建议使用25Ω反馈电阻,而不是直接短路。这有效地降低了在逆变输入端寄生电感(反馈线)的Q值。
d)、与其他宽带设备的连接板上可采用短的直接迹线或通过板上传输线。对于短连接,将跟踪和到下一个设备的输入视为集中电容负载。应使用相对较宽的迹线(50至100密耳),最好在其周围打开地面和动力飞机。估计总电容性负载,并根据推荐的RISO与电容性负载的曲线设置RISO。低寄生负载可能不需要RISO,因为OPA2650名义上是补偿的,可以在2pF寄生负载下工作。
如果需要较长的记录道,并且双端传输线固有的6dB信号损耗是可接受的,则使用微带线或带状线技术实现匹配阻抗传输线(请参阅ECL微带和带状线布局技术设计手册)。板上不需要50Ω的环境,事实上,更高的阻抗环境将改善失真,如失真与负载曲线图所示。根据电路板材料和所需的迹线尺寸定义特性阻抗,在放大器的输出端使用匹配的串联电阻器,并在目标器件的输入端使用端接并联电阻器。还要记住,终端阻抗将是并联电阻和目标设备输入阻抗的并联组合;总有效阻抗应与跟踪阻抗匹配。多个目的地设备最好作为单独的传输线来处理,每一个都有自己的串联和并联终端。
如果双端接线路的6dB衰减损耗不可接受,则长记录道只能在源端串联终止。这将有助于将线路电容与运放输出隔离,但不会保持信号完整性以及双端接线路。如果目的端的并联阻抗是有限的,则串、并联阻抗形成的分压器会产生一定的信号衰减。
e)、对于OPA2650等高速零件,不建议使用插座。额外的引线长度和由插座引入的管脚间电容产生了一个非常麻烦的寄生网络,几乎不可能实现平滑、稳定的响应。将零件焊接到电路板上可获得最佳效果。如果需要DIP封装的插座,高频埋入式插销(如McKenzie Technology#710C)可以产生良好的效果。
电源电压
OPA2650通常规定使用±5V电源运行。电源的10%公差,或负极电源的ECL–5.2V,在11V的最大规定总电源电压范围内。较高的电源电压可能会破坏内部连接,可能导致灾难性故障。只要遵守共模电压限制,单电源操作是可能的。共模输入和输出电压规格可以解释为所需的电源电压余量。遵守此输入和输出净空要求将允许非标准或单电源操作。图1显示了一种单一供应操作的方法。

偏移电压调整
如果需要额外的偏移量调整,可以使用图2中的电路,而不会降低偏移量随温度的变化。尽可能避免外部调整,因为外部噪声,如电源噪声,可能会无意中耦合到放大器的反向输入端。记住,额外的偏移误差可以由放大器的输入偏置电流产生。尽可能匹配两个输入的阻抗,如R3所示。这将降低由放大器的输入偏移电流引起的输出偏移电压。

ESD保护
对于MOSFET器件,ESD损伤已经得到了很好的认识,但是任何半导体器件都容易受到这种潜在的破坏源的影响。对于非常高速、精细的几何过程来说尤其如此。
ESD损坏可导致放大器输入特性的细微变化,而不必损坏设备。在精密运算放大器中,这可能会导致偏移电压和漂移的显著降低。因此,在处理OPA2650时,强烈建议采取ESD处理预防措施。
输出驱动能力
OPA2650经过优化,可驱动75Ω和100Ω电阻负载。该装置可驱动2Vp-p进入75Ω负载。这种高输出驱动能力使OPA2650成为广泛射频中频和视频应用的理想选择。在许多情况下,不需要额外的缓冲放大器。
许多高要求的高速应用,如驱动A/D转换器,都需要低宽带输出阻抗的运算放大器。例如,当驱动flash A/D转换器输入端的信号相关电容时,低输出阻抗是必不可少的。如图3所示,OPA2650在频率上保持非常低的闭环输出阻抗。闭环输出阻抗随频率增加而增加,因为环路增益随频率降低。

热因素
OPA2650在大多数操作条件下不需要散热。最大期望结温将设置如下所述的最大允许内部功耗。在任何情况下,最高结温不得超过175℃。
总内部功耗(PD)是静态功率(PDQ)和两个输出级(PDL1和PDL2)在传输负载功率时消耗的附加功率之和。静态功率就是两个通道的指定空载供电电流乘以部件的总供电电压。PDL1和PDL2将取决于所需的输出信号和负载。对于接地电阻负载和相等的双极性电源,当输出固定在等于1/2电源电压的电压时,它们将达到最大值。在此条件下,PDL1=VS2/(4•RL1),其中RL1包括反馈网络负载。PDL2的计算方法相同。
注意,决定内部功耗的是输出级的功率,而不是负载。
工作结温度(TJ)由TA+PDθJA给出,其中TA是环境温度。
例如,计算OPA2650U的最大TJ,其中两个运算放大器均为G=+2,RL=100Ω,RFB=402Ω,±VS=±5V,以及规定的最大TA=+85°C。
这样可以得到:

电容性负载
OPA2650的输出级已经过优化以驱动低电阻负载。然而,电容性负载会降低放大器的相位裕度,这可能会导致高频峰值或振荡。大于10pF的电容性负载应通过连接一个小电阻(通常为15Ω到30Ω)与图4所示的输出串联来隔离。这在驱动高电容负载(如闪存a/D转换器)时尤为重要。从+1增加增益将改善电容性负载驱动,因为相位裕度增加。
一般来说,电容性负载应最小化,以获得最佳的高频性能。如果电缆端接正确,可以驱动同轴电缆。同轴电缆或传输线在其特性阻抗内端接时,同轴电缆的电容(RG-58为29pF/英尺)不会加载放大器。

频率响应补偿
OPA2650的每个信道都经过内部补偿,以在单位增益下稳定,具有标称60°相位裕度。这很适合宽带积分器和缓冲应用。相位裕度和频率响应平坦度将在较高增益下得到改善。回想一下,反转增益-1等于带宽增益+2,即噪声增益=2。电压反馈运算放大器的外部补偿技术可应用于该装置。例如,在非反相配置中,在反馈电阻器上放置电容器将从f=(1/2πRFCF)开始将增益降低到+1。或者,在反转配置中,可以通过将串联RC网络置于反转节点上的地面来限制带宽而不修改反转增益。这具有在高频处增加噪声增益的效果,从而通过增益带宽积限制反转输入信号的带宽。
在较高的增益下,电压反馈拓扑的增益带宽将根据开环频率响应曲线限制带宽。对于需要更宽带宽和更高增益的应用,考虑双电流反馈模型OPA2658。在需要大反馈电阻的应用中(如光电二极管跨阻电路),必须采取预防措施,以避免由于反馈电阻和逆变输入上的电容形成的极点而导致增益峰值。这个极点可以通过并联一个小电容器和反馈电阻来补偿,产生一个抵消零项。在其他高增益应用中,使用三电阻“T”连接将降低反馈网络阻抗,该阻抗与求和节点处的寄生电容发生反应。
脉冲稳定时间
像OPA2650这样的高速放大器能够在脉冲输入下实现极快的稳定时间。为了获得最佳的稳定时间,需要良好的频率响应平坦度和相位线性度。如规格表所示,在增益为+1时,OPA2650的2V阶跃的稳定时间非常快。规范被定义为输入转换后,输出在其最终值周围的指定误差带内稳定所需的时间。对于2V步进,1%的沉降对应于±20mV的误差带,0.1%对应于±2mV的误差带,0.01%对应于±0.2mV的误差带。为了获得最佳的稳定时间,特别是在ADC电容性负载中,频率响应的峰值可以很少或没有。对电容性负载使用推荐的RISO将限制这种峰值并减少沉降时间。快速、极细的规模沉降(0.01%)需要密切注意电源去耦电容器中的接地回流。为了获得最高的性能,可以考虑OPA642,它提供了相当高的开环直流增益。
微分增益和相位
差分增益(dG)和差分相位(dP)是视频应用中比较重要的指标之一。
闭环增益相对于输出电压电平的特定变化的百分比变化被定义为dG。dP被定义为在相同的输出电压变化中闭环相位的变化。dG和dP均在3.58MHz的NTSC子载波频率下指定。dG和dP增加了闭环增益和输出电压转换。所有测量均使用Tektronix型号VM700视频测量装置进行。
扭曲
OPA2650在100Ω负载下的谐波失真特性与频率和功率输出的关系在典型的性能曲线中显示。如图5所示,通过增加负载电阻可以显著地改善变形。在计算放大器看到的有效负载电阻时,请记住包括反馈电阻的贡献。

串扰
串扰是一个通道的信号与另一个通道的输出信号混合并在另一个通道的输出中自我复制的结果。串扰发生在大多数多通道集成电路中。在双设备中,串扰的影响是通过驱动一个通道并观察不同频率下未驱动通道的输出来测量的。这种影响的大小以信道间串扰为参考,以分贝表示。“输入参考”指的是增益和串扰之间存在直接相关性,因此在增益增加时,串扰也会增加一个与增益相等的因子。图6显示了在OPA2650U中测量的串扰效应。
香料模型
在分析模拟电路和系统的性能时,使用spice对电路性能进行计算机模拟是非常有用的。这对于视频和射频放大器电路尤其如此,因为寄生电容和电感会对电路性能产生重大影响。SPICE模型可从Burr Brown应用部门的磁盘上获得。

示范板
每种OPA2650包装样式都有展示板。这些电路板实现了非常低的寄生布局,将产生典型性能曲线所示的优良频率和脉冲响应。对于每种包装样式,推荐的演示板有:

请联系您当地的Burr Brown销售办事处或经销商订购演示板。
典型应用


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