低成本高性能：AD8061/AD8062/AD8063 放大器深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，選擇一款合適的放大器至關(guān)重要。它不僅要滿足性能要求，還要考慮成本、功耗等多方面因素。今天，我們就來深入探討一下 Analog Devices 推出的 AD8061/AD8062/AD8063 系列放大器，看看它為何能在眾多產(chǎn)品中脫穎而出。

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產(chǎn)品概述

AD8061/AD8062/AD8063 是一系列具備軌到軌輸出功能的電壓反饋放大器，以其易用性和低成本的特點吸引了眾多工程師的關(guān)注。它們擁有通常在電流反饋放大器中才具備的帶寬和壓擺率，輸入共模電壓范圍和輸出電壓擺幅都很寬，這使得它們在低至 2.7V 的單電源下也能輕松使用。

產(chǎn)品特性

• 多種封裝與功能可選：有單通道（AD8061）、雙通道（AD8062）以及帶禁用功能的單通道（AD8063）三種類型可供選擇，能滿足不同的設(shè)計需求。
• 軌到軌輸出擺幅：能夠提供接近電源軌的輸出電壓，有效利用電源電壓范圍，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。
• 低失調(diào)電壓：典型值為 1mV，最大值為 6mV，確保了放大器在直流信號處理時的準確性。
• 高速性能：-3dB 小信號帶寬可達 300MHz（G = 1），壓擺率高達 650V/μs，適用于高速信號處理應(yīng)用。
• 低功耗：每個放大器的典型電源電流為 6.8mA，AD8063 在禁用模式下的電源電流可降至 400μA，非常適合便攜式和電池供電的應(yīng)用。
• 出色的視頻規(guī)格：在 (R_{L}=150 Omega)、G = 2 的條件下，增益平坦度可達 0.1dB 至 30MHz，差分增益誤差為 0.01%，差分相位誤差為 0.04°，過載恢復(fù)時間為 35ns，能滿足專業(yè)視頻和攝像設(shè)備的需求。

應(yīng)用領(lǐng)域

這些特性使得 AD8061/AD8062/AD8063 在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括成像、光電二極管前置放大器、專業(yè)視頻和相機、手機、DVD/CD、基站、濾波器、ADC 驅(qū)動器和時鐘緩沖器等。

詳細規(guī)格

動態(tài)性能

在不同增益和輸出電壓條件下，-3dB 小信號帶寬有所不同。例如，在 G = 1、(V{o}=0.2V{p-p}) 時，典型帶寬為 320MHz；在 G = -1、+2、(V{o}=0.2V{p-p}) 時，典型帶寬為 115MHz。

直流性能

輸入失調(diào)電壓的典型值為 1mV，最大值為 6mV；輸入失調(diào)電壓漂移的典型值為 2μV/°C；輸入偏置電流的典型值為 3.5nA；輸入失調(diào)電流的典型值為 ±0.3nA；開環(huán)增益在 (V{0}=0.5 ~V) 至 (4.5 ~V)、(R{L}=150 Omega) 時，典型值為 70dB。

輸入特性

輸入電阻典型值為 1MΩ，輸入電容典型值為 13pF，輸入共模電壓范圍在 (V_{S}=5 ~V) 時為 -0.2V 至 +3.2V，共模抑制比典型值為 80dB。

輸出特性

輸出電壓擺幅在不同負載電阻和電源電壓條件下有所變化。例如，在 (R{L}=150 Omega)、(V{S}=5 ~V) 時，輸出電壓擺幅低典型值為 0.1V，高典型值為 4.86V；輸出電流最大可達 50mA；容性負載驅(qū)動能力在 30% 過沖條件下，典型值為 300pF。

電源特性

電源電壓范圍為 2.7V 至 8V，每個放大器的典型靜態(tài)電流為 6.8mA，AD8063 在禁用模式下的電源電流為 400μA，電源抑制比典型值為 80dB。

典型性能特性

頻率響應(yīng)

通過一系列的頻率響應(yīng)曲線，我們可以看到放大器在不同增益、不同電源電壓和不同負載條件下的頻率特性。例如，在小信號頻率響應(yīng)曲線中，我們可以觀察到放大器在不同頻率下的增益變化情況，從而了解其帶寬特性。

失真特性

從諧波失真曲線中可以看出，放大器在不同輸入信號幅度、頻率和偏置條件下的失真情況。在視頻應(yīng)用中，低失真特性對于保證圖像質(zhì)量至關(guān)重要。

壓擺率特性

壓擺率與輸出階躍幅度的關(guān)系曲線顯示，放大器的壓擺率隨著輸出階躍幅度的增加而變化。了解壓擺率特性有助于我們在高速信號處理應(yīng)用中合理選擇放大器。

電路設(shè)計考慮

裕量考慮

在低電壓系統(tǒng)中使用這些放大器時，了解放大器在輸入和輸出信號接近其裕量限制時的行為非常重要。輸入共模電壓范圍從負電源電壓以下 200mV 到正電源電壓以下 1.8V。在不同增益配置下，放大器能夠提供不同的軌到軌輸出擺幅。當輸入信號接近正電源軌時，輸入級會成為信號的裕量限制；當信號接近負電源軌或在反相增益和高正增益配置下，輸出級會成為裕量限制。

過載行為與恢復(fù)

當輸入電壓超過指定的共模電壓范圍時，會導致帶寬降低和建立時間增加。從輸入電壓接近正電源 1.6V 或更近的地方恢復(fù)的時間約為 35ns。輸出過載恢復(fù)時間通常在輸入電壓恢復(fù)到非過載值后的 40ns 內(nèi)。

容性負載驅(qū)動

由于這些放大器主要針對帶寬和速度進行優(yōu)化，在驅(qū)動容性負載時可能會出現(xiàn)問題。輸出電容會在放大器的反饋路徑中產(chǎn)生極點，導致過度的峰值和潛在的振蕩。為了解決這個問題，可以采用串聯(lián)電阻隔離容性負載或增加整體噪聲增益來降低反饋環(huán)路帶寬的方法。

禁用操作

AD8063 具有禁用功能，當禁用引腳電壓低于正電源 2V 時，電源電流會從典型的 6.5mA 降至 400μA 以下，輸出進入高阻抗狀態(tài)。這一功能使得 AD8063 在需要降低功耗的應(yīng)用中非常有用。

電路板布局考慮

為了保持放大器的高速性能，需要采用高速電路板布局技術(shù)和低寄生元件。例如，使用接地平面提供低阻抗路徑，在電源引腳附近使用陶瓷電容進行旁路，盡量減少放大器反相輸入引腳的寄生電容等。

應(yīng)用案例

單電源同步剝離器

在視頻信號處理中，有時需要去除同步脈沖以增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器的可用動態(tài)范圍。使用 AD8061 可以設(shè)計一個單電源同步剝離器電路，通過利用其軌到軌輸出特性，將視頻信號中的同步脈沖去除，只保留有效視頻部分。

RGB 放大器

在 RGB 圖形信號處理中，AD8061 和 AD8062 可以作為 RGB 信號放大器，將視頻 DAC 輸出的信號進行放大，以驅(qū)動顯示器。

多路復(fù)用器

利用 AD8063 的禁用功能，可以設(shè)計一個多路復(fù)用器電路，通過選擇不同的放大器通道來選擇不同的輸入信號源，實現(xiàn)信號的切換和選擇。

總結(jié)

AD8061/AD8062/AD8063 系列放大器以其低成本、高性能和易用性的特點，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的選擇。在設(shè)計過程中，我們需要充分考慮其各項特性和性能指標，結(jié)合具體的應(yīng)用需求，合理選擇封裝類型和工作條件，同時注意電路板布局和電路設(shè)計的細節(jié)，以確保放大器能夠發(fā)揮出最佳性能。你在實際應(yīng)用中是否使用過類似的放大器呢？遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。