16V軌到軌運算放大器AD8565/AD8566/AD8567：特性、應用與設計要點

在電子設計領域，運算放大器是不可或缺的基礎元件。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的16V軌到軌運算放大器AD8565/AD8566/AD8567，它在LCD等應用場景中表現出色。

文件下載：AD8567.pdf

產品概述

AD8565/AD8566/AD8567是低成本、單電源、軌到軌輸入和輸出的運算放大器，專為LCD監(jiān)視器應用進行了優(yōu)化。它們基于先進的高壓CBCMOS工藝制造，其中AD8565為單放大器，AD8566有兩個放大器，AD8567則包含四個放大器。這些放大器具有高擺率、35mA連續(xù)輸出驅動、250mA峰值輸出驅動以及高容性負載驅動能力，供電范圍寬，失調電壓低于10mV，非常適合LCD灰度參考緩沖和VCOM應用。產品的工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，并且有不同的封裝可供選擇，如AD8565的5引腳SC70封裝、AD8566的8引腳MSOP封裝以及AD8567的14引腳TSSOP封裝和16引腳LFCSP封裝。此外，AD8566WARMZ是汽車級版本。

產品特性

電源與輸入輸出特性

• 單電源工作：支持4.5V至16V的單電源供電，這使得它在多種電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。
• 輸入能力超越電源軌：輸入電壓范圍可超出電源電壓，增強了其在復雜信號環(huán)境下的適應性。
• 軌到軌輸出擺幅：能夠提供接近電源軌的輸出電壓，有效提高了信號的動態(tài)范圍。

  輸出驅動能力

• 連續(xù)輸出電流：可達35mA，能夠滿足大多數負載的驅動需求。
• 峰值輸出電流：高達250mA，可應對瞬間大電流的需求。

  其他特性

• 高擺率：達到6V/μs，能夠快速響應輸入信號的變化。
• 低失調電壓：失調電壓為10mV，保證了輸出信號的準確性。
• 容性負載驅動能力：在大容性負載下仍能保持穩(wěn)定的增益。
• 低功耗：每個放大器的電源電流僅為700μA，適合便攜式設備等對功耗要求較高的應用。
• 汽車級應用認證：通過了汽車應用的認證，可在汽車電子環(huán)境中可靠工作。

應用領域

LCD參考驅動

由于其高輸出電流驅動和軌到軌輸入/輸出操作，能夠為LCD面板提供穩(wěn)定的參考電壓，確保顯示效果的準確性。

便攜式電子設備

低功耗和寬電源范圍使其非常適合便攜式設備，如平板電腦、智能手機等，延長了設備的電池續(xù)航時間。

通信設備

在通信設備中，可用于信號放大、濾波等功能，保證信號的質量。

汽車信息娛樂系統(tǒng)

憑借其汽車級認證和高性能，可應用于汽車信息娛樂系統(tǒng)的音頻、視頻處理等模塊。

電氣特性與參數

輸入特性

• 失調電壓：在不同溫度范圍內，失調電壓有所變化。在 -40°C至 +85°C溫度范圍內，失調電壓為1mV；在25°C時，典型值為2mV。
• 共模抑制比：能夠有效抑制共模信號的干擾，提高信號的質量。

  輸出特性

• 峰值輸出電流：在 -40°C至 +85°C溫度范圍內，當VS = 4.5V，IL = 5mA時，峰值輸出電流可達400mA。
• 輸出電壓擺幅：能夠接近電源軌，提供較大的輸出動態(tài)范圍。

  電源特性

• 電源電流：每個放大器的電源電流為700μA，功耗較低。
• 電源抑制比：可有效抑制電源電壓波動對輸出信號的影響。

絕對最大額定值

在使用過程中，需要注意以下絕對最大額定值，以避免對器件造成損壞：

• 電源電壓（VS）：最大為18V。
• 輸入電壓：范圍為 -0.5V至VS + 0.5V。
• 差分輸入電壓：最大為VS。
• 存儲溫度范圍： -65°C至 +150°C。
• 工作溫度范圍： -40°C至 +85°C。
• 結溫范圍： -65°C至 +150°C。
• 引腳溫度（焊接，60秒）：300°C。

理論工作原理

輸入級工作原理

AD8565/AD8566/AD8567的輸入級采用了軌到軌雙極輸入級，由兩個PNP差分對Q4 - Q5和Q10 - Q11組成，并與二極管保護網絡D1 - D2串聯(lián)。二極管網絡用于保護輸入級免受大瞬變的影響，以適應軌到軌輸入擺幅。輸入級的工作與施加的共模電壓有關，當輸入偏置在電源中間時，差分信號路徑增益由電阻負載Q4 - Q5控制；當輸入共模電平向負電源降低時，輸入晶體管電流源I1和I2飽和，Q6 - D3和Q8 - D4網絡截止，但Q4 - Q5仍保持活躍，提供輸入級增益；反之，當共模輸入電壓向正電源增加時，Q4 - Q5截止，Q10 - Q11變得活躍。這種設計使得輸入偏置電流不僅具有不同的幅度，還具有不同的極性。

輸出級工作原理

為了實現軌到軌輸出性能，采用了互補共源（或gmRL）輸出級。這種配置允許輸出電壓接近電源軌，特別是當輸出晶體管進入信號擺幅極端的三極管區(qū)域時。輸出級在開環(huán)增益配置中表現出電壓增益，其增益大小取決于AD8565/AD8566/AD8567輸出端的總負載電阻。

關鍵設計要點

輸入過壓保護

當輸入電壓超過電源電壓時，需要關注輸入過壓特性。如果輸入電壓超過電源電壓0.6V以上，內部的正 - 負（pn）結會允許電流從輸入流向電源。只要輸入電流限制在5mA或更小，對器件本身不會造成損害。如果存在輸入超過電源電壓0.6V以上的情況，必須添加外部串聯(lián)電阻。電阻的大小可以通過最大過電壓除以5mA來計算，并將其與暴露于過電壓的任一輸入串聯(lián)。

輸出相位反轉

AD8565/AD8566/AD8567對相位反轉具有免疫力，但由于輸入過壓導致的大電流仍可能損壞器件。在可能存在輸入電壓超過電源電壓的應用中，必須按照輸入過壓保護部分的說明使用過壓保護措施。

功率耗散

器件的最大允許內部結溫為150°C，這限制了AD8565/AD8566/AD8567的最大功耗。隨著環(huán)境溫度的升高，為了保持最大結溫，器件的最大功耗必須線性降低。如果最大結溫瞬間超過，只要結溫降低到150°C以下，器件仍能正常工作；但如果長時間超過最大結溫，過熱可能會導致器件永久性損壞?？梢允褂霉?(P{DISS }= (T{JMAX}-T{A}) / theta{IA}) 計算在特定溫度下器件能夠安全耗散的最大功率，其中 (P{DISS }) 是功率耗散， (T{JMAX }) 是最大允許結溫（150°C）， (T{A}) 是環(huán)境溫度， (theta{IA }) 是封裝的熱阻（結到環(huán)境）。

熱焊盤（AD8567）

AD8567的LFCSP封裝帶有熱焊盤，該熱焊盤連接到襯底，而襯底又連接到最正的電源。為了保證電氣安全，熱焊盤必須焊接到電路板上電氣隔離或連接到 (V_{DD}) 的區(qū)域。將熱焊盤連接到地會對器件性能產生不利影響。焊接熱焊盤可以顯著改善封裝的散熱性能，同時需要連接過孔將焊接的熱焊盤連接到電路板的另一層，以提供散熱通道。

總諧波失真 + 噪聲（THD + N）

AD8565/AD8566/AD8567具有低總諧波失真特性。在整個電源范圍內，THD + N低于0.008%；當由16V電源供電時，THD + N保持在0.003%以下。

短路輸出條件

該系列放大器沒有內部短路保護電路，因此不建議將輸出直接短路到正電源或地。同時，不建議以超過35mA的連續(xù)輸出電流運行?？梢栽诜糯笃鬏敵龆朔胖靡粋€串聯(lián)電阻來限制輸出電流，電阻值可通過公式 (R{X} geq frac{V{S}}{35 mA}) 計算。例如，對于5V單電源操作， (R_{X}) 最小為143Ω。

總結

AD8565/AD8566/AD8567運算放大器憑借其豐富的特性和廣泛的應用領域，在電子設計中具有很高的價值。在實際應用中，電子工程師需要根據具體的設計需求，合理選擇封裝形式，并注意輸入過壓保護、功率耗散等關鍵設計要點，以確保放大器能夠穩(wěn)定、可靠地工作。你在使用這類運算放大器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。