AD8027/AD8028：高性能高速運(yùn)放的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的運(yùn)算放大器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下ADI公司的AD8027/AD8028這兩款低失真、高速軌到軌輸入/輸出放大器，看看它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中能為我們帶來(lái)哪些驚喜。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

高速與低失真

AD8027/AD8028具有出色的高速性能，-3dB帶寬可達(dá)190MHz（G = +1），壓擺率為100V/μs。在失真方面表現(xiàn)也十分優(yōu)秀，1MHz時(shí)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）可達(dá)120dBc，5MHz時(shí)為80dBc。這種低失真特性使得它們?cè)趯?duì)信號(hào)質(zhì)量要求較高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

低噪聲與低功耗

該放大器的噪聲水平較低，輸入電壓噪聲為4.3nV/√Hz，輸入電流噪聲為1.6pA/√Hz。同時(shí)，每放大器的靜態(tài)電流僅為6.5mA，還具備掉電模式，可有效降低功耗。

可選擇輸入交叉閾值

這是AD8027/AD8028的一個(gè)獨(dú)特特性，用戶可以通過DISABLE/SELECT引腳選擇輸入交叉閾值電壓，從而控制互補(bǔ)晶體管輸入對(duì)的切換電壓，有效減少交叉失真。

寬電源范圍與小封裝

電源范圍為2.7V至12V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。并且提供了8引腳SOIC、6引腳SOT - 23和10引腳MSOP等多種小封裝形式，方便不同的PCB布局需求。

汽車級(jí)應(yīng)用

其中AD8028WARMZ - R7經(jīng)過了汽車應(yīng)用認(rèn)證，可滿足汽車電子領(lǐng)域?qū)煽啃院头€(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

二、工作原理剖析

輸入級(jí)

通過互補(bǔ)輸入對(duì)實(shí)現(xiàn)軌到軌輸入性能。當(dāng)差分輸入信號(hào)的共模電平超過內(nèi)部參考電壓時(shí)，輸入對(duì)會(huì)從PNP切換到NPN。同時(shí)，輸入對(duì)采用了四個(gè)二極管進(jìn)行保護(hù)，防止差分輸入信號(hào)超過1.4V。為了限制輸入電流，建議在輸入端串聯(lián)電阻。

交叉選擇

用戶可以通過DISABLE/SELECT引腳選擇PNP/NPN差分對(duì)之間的交叉點(diǎn)，避免在交叉區(qū)域操作引入偏移和失真。在無(wú)法避免交叉區(qū)域時(shí)，輸入級(jí)會(huì)保持恒定跨導(dǎo)和最小偏移，以確保寬帶失真性能。

輸出級(jí)

采用共發(fā)射極輸出結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軌到軌輸出能力，能夠驅(qū)動(dòng)一定的線性輸出電流。但需要注意的是，容性負(fù)載可能會(huì)降低放大器的相位裕度，當(dāng)容性負(fù)載超過20pF（G = +1）時(shí)，建議串聯(lián)一個(gè)25Ω至50Ω的電阻。

DC誤差

由于采用了互補(bǔ)輸入級(jí)，在交叉區(qū)域輸入偏置電流會(huì)反轉(zhuǎn)極性，輸入失調(diào)電壓也會(huì)發(fā)生變化。為了減少DC誤差和失真，建議在交叉區(qū)域平衡輸入阻抗。

三、典型性能特性

頻率響應(yīng)

從典型性能曲線可以看出，AD8027/AD8028在不同增益、不同電源電壓、不同輸出幅度和不同溫度等條件下的頻率響應(yīng)表現(xiàn)良好。例如，在小信號(hào)頻率響應(yīng)測(cè)試中，隨著增益的增加，帶寬會(huì)相應(yīng)減小。

失真特性

在諧波失真測(cè)試中，不同頻率和電源電壓下的失真情況有所不同。總體來(lái)說(shuō)，在低頻和合適的電源電壓下，失真較小。這對(duì)于需要高質(zhì)量信號(hào)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常重要。

其他特性

還包括輸入偏置電流與溫度和輸入共模電壓的關(guān)系、輸入失調(diào)電壓的分布和變化等。這些特性對(duì)于理解放大器的性能和在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)具有重要意義。

四、電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

平衡輸入阻抗

平衡輸入阻抗可以改善失真性能。當(dāng)放大器從PNP對(duì)切換到NPN對(duì)時(shí)，輸入偏置電流的大小和方向會(huì)發(fā)生變化，如果輸入阻抗不平衡，會(huì)導(dǎo)致偏移變化。因此，保持輸入阻抗平衡是關(guān)鍵。

PCB布局

對(duì)于高速運(yùn)放，PCB布局至關(guān)重要。要盡量縮短旁路電容的引腳長(zhǎng)度，避免多余的引腳電感影響頻率響應(yīng)和導(dǎo)致高頻振蕩。使用多層板并設(shè)置內(nèi)部接地層可以減少接地噪聲。同時(shí)，要注意反饋電阻的位置和避免在運(yùn)放下方的層上有金屬，以減少寄生電容的影響。

接地

在高速、高密度的電路板中，接地層非常關(guān)鍵。理解電路中電流的流向，縮短電流路徑長(zhǎng)度，可以減少寄生電感和接地環(huán)路的影響。

電源旁路

電源引腳需要提供干凈、低噪聲的直流電壓源。旁路電容可以提供低阻抗路徑，減少電源線上的噪聲，并為快速開關(guān)條件提供足夠的局部電荷存儲(chǔ)。建議使用高質(zhì)量的陶瓷芯片電容，并將其盡量靠近放大器封裝。

五、應(yīng)用案例分析

驅(qū)動(dòng)16位ADC

AD8028憑借其可調(diào)節(jié)的交叉失真選擇點(diǎn)和低噪聲特性，非常適合驅(qū)動(dòng)或緩沖輸入信號(hào)到高分辨率的ADC，如AD7677。在實(shí)際應(yīng)用中，通過合理設(shè)置DISABLE/SELECT引腳，可以避免交叉區(qū)域，實(shí)現(xiàn)低失真操作。從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，與AD7677組合使用時(shí)，具有良好的積分非線性（INL）表現(xiàn)。

帶通濾波器

在通信系統(tǒng)的信號(hào)處理中，AD8027/AD8028是有源濾波器的理想選擇。以1MHz帶通濾波器為例，通過合理設(shè)計(jì)電路參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)中心頻率和帶寬。

六、總結(jié)

AD8027/AD8028是兩款性能卓越的高速運(yùn)放，具有高速、低失真、低噪聲、低功耗等諸多優(yōu)點(diǎn)。其獨(dú)特的可選擇輸入交叉閾值特性為工程師提供了更多的設(shè)計(jì)靈活性。在實(shí)際應(yīng)用中，只要我們充分理解其工作原理，注意電路設(shè)計(jì)的各個(gè)細(xì)節(jié)，就能充分發(fā)揮它們的性能優(yōu)勢(shì)，為我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)更好的效果。大家在實(shí)際使用過程中，有沒有遇到過一些有趣的問題或者有獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。