低成本 80MHz FastFET 運算放大器 AD8033/AD8034 解析

在電子工程師的日常設計中，運算放大器的選擇至關重要，它直接影響到電路的性能和成本。今天我們要深入探討的是 Analog Devices 公司的 AD8033/AD8034 這款低成本、80MHz 的 FastFET 運算放大器，它在眾多應用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：AD8033.pdf

產品概述

AD8033/AD8034 是電壓反饋型運算放大器，采用 FET 輸入，具有使用便捷和性能出色的特點。其中，AD8033 為單放大器，AD8034 為雙放大器。它們基于 Analog Devices 公司專有的 XFCB 工藝制造，相較于其他低成本 FET 放大器，在性能上有顯著提升，比如低噪聲（11nV/√Hz 和 0.7fA/√Hz）和高速度（80MHz 帶寬和 80V/μs 壓擺率）。

產品特性

電氣性能

• 輸入特性：FET 輸入放大器，典型輸入偏置電流僅 1pA，這使得它在對輸入電流要求苛刻的應用中表現(xiàn)出色。同時，輸入失調電壓典型值為 1mV，共模輸入阻抗高達 1000GΩ，差分輸入阻抗也達到 1000GΩ，能有效抑制共模信號干擾。
• 速度與帶寬：擁有 80MHz 的 -3dB 帶寬（G = +1）和 80V/μs 的壓擺率（G = +2），能夠快速響應輸入信號的變化，適用于高速信號處理。
• 噪聲性能：在 100kHz 時，輸入電壓噪聲為 11nV/√Hz，輸入電流噪聲為 0.7fA/√Hz，低噪聲特性有助于提高信號處理的精度。
• 輸出特性：輸出電壓擺幅大，例如在 ±5V 供電、RL = 1kΩ、G = +2 條件下，輸出電壓擺幅可達 ±4.95V，且輸出短路電流可達 40mA，能夠驅動一定的負載。
• 電源特性：供電電壓范圍寬，從 5V 到 24V 均可正常工作，并且支持單電源供電，同時具有 -100dB 的高共模抑制比和 -100dB 的電源抑制比，能有效減少電源波動對輸出信號的影響。

封裝與功耗

• 封裝形式：提供多種小封裝選擇，包括 8 引腳 SOIC、8 引腳 SOT - 23 和 5 引腳 SC70，適合對空間要求較高的應用。
• 功耗：每個放大器的典型靜態(tài)電流僅 3.3mA，功耗較低，有助于降低系統(tǒng)的整體能耗。

工作原理

AD8033/AD8034 將 JFET 器件集成到 Analog Devices 的高壓 XFCB 工藝中，實現(xiàn)了獨特的設計。它采用 N 溝道 JFET 和折疊級聯(lián)輸入拓撲，使共模輸入電平能在負電源軌以下 0.2V 至正電源軌 3.0V 范圍內工作。輸入級的級聯(lián)確保了在整個共模范圍內低輸入偏置電流，以及高于 90dB 的共模抑制比（CMRR）和電源抑制比（PSRR），同時還能減少高電源電壓下常見的長期建立問題。

輸出級采用共發(fā)射極結構，實現(xiàn)了軌到軌輸出性能，并經過補償可驅動 35pF 的電容負載（G = +1 時 30%過沖）。若在電容負載上串聯(lián)一個小的緩沖電阻，可進一步驅動更大的電容負載。

應用領域

高速峰值檢測器

由于其低輸入偏置電流和高帶寬的特性，AD8033/AD8034 非常適合用于快速建立、低泄漏的峰值檢測器。通過合理設計電路，能夠捕獲 300ns 的脈沖，同時充分利用其低輸入偏置電流和寬共模輸入范圍的優(yōu)勢。

有源濾波器

在有源濾波器設計中，AD8033/AD8034 也能發(fā)揮重要作用。以 Sallen - Key 拓撲為例，可以構建 4 極級聯(lián)的 Sallen - Key 濾波器，截止頻率 (f_{C}=1MHz)，阻帶衰減超過 80dB。不過，在提高濾波器截止頻率時，需要考慮其開環(huán)增益和輸入阻抗的限制。

寬帶光電二極管前置放大器

在寬帶光電二極管前置放大器應用中，AD8033/AD8034 可實現(xiàn)電流 - 電壓轉換。其基本傳輸函數為 (V{OUT }=frac{I{PHOTO } × R{F}}{1+s C{F} R{F}})，通過合理選擇反饋電阻 (R{F}) 和電容 (C_{F})，可以調整信號帶寬和穩(wěn)定性。

設計注意事項

布局與布線

• 旁路電容：電源引腳需要良好的旁路，應使用不同容值的電容并聯(lián)組合，以在所有頻率下實現(xiàn)低阻抗。0.01μF 或 0.001μF 的片式電容（X7R 或 NPO）應盡可能靠近放大器封裝放置，而 0.1μF 的電容可在同一信號路徑中的幾個緊密排列的有源組件之間共享，10μF 的鉭電容在大多數情況下，每塊電路板在電源輸入處只需一個。
• 接地：在高密度 PCB 中，接地平面層對于分散電流、減少寄生電感非常重要。要確保旁路電容的接地引腳位于同一物理位置，負載阻抗的接地也應與旁路電容接地在同一位置。
• 泄漏電流：不良的 PCB 布局、污染物和電路板絕緣材料可能會產生比 AD8033/AD8034 輸入偏置電流大得多的泄漏電流?？梢栽谳斎牒洼斎胍_上設置一個與輸入電壓電位相同的保護環(huán)（屏蔽），以顯著減少泄漏。
• 輸入電容：高速放大器對輸入和地之間的寄生電容較為敏感，幾個 pF 的電容就可能降低高頻輸入阻抗，增加放大器增益，甚至導致頻率響應峰值或振蕩。因此，連接到輸入引腳的外部無源組件應盡可能靠近輸入放置，電路板各層的接地和電源平面與輸入引腳的距離至少保持 0.05mm。

熱管理

AD8034 在小尺寸 8 引腳 SOT - 23 封裝中以高達 ±12V 的電源工作時，功率耗散很容易超過封裝限制，導致器件特性永久偏移甚至失效。高電源電壓即使在輕負載下也可能導致結溫升高，從而引起輸入偏置電流和失調漂移。因此，需要根據負載和電源電壓估算芯片溫度，必要時采取散熱措施。

總結

AD8033/AD8034 運算放大器以其低成本、高性能的特點，在眾多應用領域展現(xiàn)出了強大的競爭力。電子工程師在設計過程中，充分了解其特性和工作原理，并注意布局、布線和熱管理等方面的問題，就能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，設計出性能優(yōu)良的電路。大家在實際應用中是否遇到過類似器件的設計挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。