AD8021：高性能高速電壓反饋放大器的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計(jì)世界里，尋找一款性能卓越、功能多樣且性價(jià)比高的放大器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一款這樣的產(chǎn)品——AD8021。

文件下載：AD8021.pdf

一、AD8021的核心特性

低噪聲與高速兼?zhèn)?/h3>

AD8021具備超低的輸入電壓噪聲（典型值為2.1 nV/√Hz）和輸入電流噪聲（典型值為2.1 pA/√Hz），這使得它在處理微弱信號(hào)時(shí)能夠有效減少噪聲干擾，保證信號(hào)的純凈度。同時(shí)，它擁有出色的高速性能，在增益(G = -1)時(shí)帶寬可達(dá)200 MHz，(G = -10)時(shí)也有190 MHz，能夠滿足大多數(shù)高速信號(hào)處理的需求。

定制補(bǔ)償與恒定帶寬

與傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器不同，AD8021允許用戶通過(guò)外部補(bǔ)償電容進(jìn)行定制補(bǔ)償。在增益從(G = -1)到(G = -10)的范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)恒定的帶寬，避免了常見(jiàn)的帶寬和壓擺率損失，為不同增益配置下的設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

低功耗與輸出禁用功能

AD8021的功耗極低，在5 V電源供電時(shí)，典型功耗僅為34 mW（約6.7 mA）。此外，它還具備輸出禁用功能，當(dāng)啟用該功能時(shí)，靜態(tài)供電電流可降至1.3 mA，大大降低了系統(tǒng)的功耗，適用于對(duì)功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景。

低失真與高精度

在失真方面，AD8021表現(xiàn)出色。在(f_{c} = 1 MHz)時(shí)，二次諧波失真低至 -93 dBc，三次諧波失真低至 -108 dBc，能夠有效減少信號(hào)的失真，保證信號(hào)的質(zhì)量。同時(shí)，它還具有較高的直流精度，最大輸入失調(diào)電壓為1 mV，輸入失調(diào)電壓漂移僅為0.5 μV/°C，確保了在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性能。

寬電源范圍與小封裝

AD8021支持5 V至24 V的寬電源范圍，能夠適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。而且它采用了小封裝形式，如SOIC - 8和MSOP - 8，節(jié)省了電路板空間，便于集成到各種小型化的設(shè)備中。

二、AD8021的規(guī)格參數(shù)

文檔中詳細(xì)給出了AD8021在不同電源電壓（(V{s}= pm 5 ~V)、(V{s}= pm 12 ~V)、(V_{s}=5 ~V) ）、不同增益（(gain = +2)等）條件下的各項(xiàng)規(guī)格參數(shù)，包括小信號(hào)帶寬、壓擺率、建立時(shí)間、失真與噪聲性能、直流性能、輸入輸出特性、禁用特性以及電源特性等。這些詳細(xì)的參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了準(zhǔn)確的參考依據(jù)，幫助我們根據(jù)具體的應(yīng)用需求來(lái)選擇合適的工作條件。

例如，在(V{s}= pm 5 ~V) 、(T{A}=25^{circ} C) 、(R_{L}=1 k Omega) 、(gain = +2)的條件下，-3 dB小信號(hào)帶寬在(G = +1)時(shí)為355 - 490 MHz，在(G = +10)時(shí)建立時(shí)間到0.01%為23 - 420 ns等。

三、AD8021的典型性能特性

頻率響應(yīng)特性

通過(guò)一系列的圖表（如圖5 - 15），我們可以看到AD8021的小信號(hào)頻率響應(yīng)與頻率、增益、補(bǔ)償電容、負(fù)載、電源等因素的關(guān)系。不同的增益配置和補(bǔ)償電容值會(huì)影響放大器的帶寬和相位裕度。例如，在圖5中可以觀察到不同增益下的小信號(hào)頻率響應(yīng)曲線，隨著增益的增加，帶寬會(huì)相應(yīng)減??；而通過(guò)調(diào)整補(bǔ)償電容，可以在一定程度上優(yōu)化帶寬和相位裕度的平衡。

失真特性

圖18 - 25展示了AD8021的二次和三次諧波失真與頻率、負(fù)載、電源、輸出電壓、反饋電阻等因素的關(guān)系。在不同的工作條件下，失真情況會(huì)有所不同。例如，隨著負(fù)載電阻的減小，失真會(huì)增加；在不同的電源電壓下，失真也會(huì)有明顯的變化。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求，合理選擇負(fù)載電阻和電源電壓，以降低失真。

其他特性

此外，文檔還給出了AD8021的開(kāi)環(huán)增益和相位與頻率的關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系、瞬態(tài)響應(yīng)特性、輸入電壓和電流噪聲與頻率的關(guān)系、共模抑制比與頻率的關(guān)系、輸出阻抗與頻率的關(guān)系、電源抑制比與頻率和電源電壓的關(guān)系以及靜態(tài)供電電流與溫度的關(guān)系等典型性能特性。這些特性全面地展示了AD8021在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為我們深入了解該放大器提供了豐富的信息。

四、AD8021的應(yīng)用領(lǐng)域

ADC前置放大器和驅(qū)動(dòng)器

由于AD8021具有低噪聲和可調(diào)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，使其成為高分辨率ADC的理想緩沖/驅(qū)動(dòng)器。在驅(qū)動(dòng)16位ADC時(shí)，其諧波失真在100 kHz - 1 MHz頻率范圍內(nèi)優(yōu)于90 dBc，能夠有效保持采樣波形的相位和增益完整性，提高輸出調(diào)節(jié)能力，降低噪聲，尤其適用于高采樣率的16位高分辨率ADC。文檔中給出了具體的電路配置（如圖63和圖64）和性能測(cè)試結(jié)果（如表7和表8），展示了其在ADC驅(qū)動(dòng)方面的出色表現(xiàn)。

差分驅(qū)動(dòng)器

AD8021獨(dú)特的外部補(bǔ)償功能使其非常適合作為低噪聲差分驅(qū)動(dòng)器，用于許多ADC、平衡線路和其他需要差分驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。通過(guò)調(diào)整補(bǔ)償電容，可以使反相和同相的帶寬緊密匹配，從而最小化失真。圖65 - 67展示了使用AD8021構(gòu)成的差分放大器電路及其交流響應(yīng)，體現(xiàn)了其在差分驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

有源濾波器

AD8021的低噪聲和高增益帶寬特性使其成為有源濾波器電路的優(yōu)秀選擇。在有源濾波器設(shè)計(jì)中，它能夠提供高增益帶寬以實(shí)現(xiàn)高頻衰減，同時(shí)具備低噪聲和高直流增益以滿足低頻通帶性能要求。文檔中給出了一個(gè)2 - 極點(diǎn)低通有源濾波器的原理圖（圖68）和典型組件值（表9），并展示了其頻率響應(yīng)曲線（圖69），證明了其在有源濾波器應(yīng)用中的有效性。

其他應(yīng)用

除了上述應(yīng)用領(lǐng)域，AD8021還可用于儀器儀表前置放大器、便攜式儀器、線路接收器、精密儀器、超聲信號(hào)處理和高增益電路等。其廣泛的應(yīng)用范圍得益于其出色的性能和多功能特性，為電子工程師提供了更多的設(shè)計(jì)選擇。

五、AD8021的使用注意事項(xiàng)

靜電放電（ESD）防護(hù)

AD8021是一款對(duì)靜電放電敏感的器件。人體和測(cè)試設(shè)備上容易積累高達(dá)4000 V的靜電電荷，并且這些靜電放電可能在無(wú)察覺(jué)的情況下發(fā)生。盡管該產(chǎn)品具有專有的ESD保護(hù)電路，但遭受高能量靜電放電仍可能導(dǎo)致器件永久性損壞。因此，在使用過(guò)程中，必須采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，以避免性能下降或功能喪失。

PCB布局考慮

為了使AD8021達(dá)到最佳性能，需要特別注意PCB布局。要盡量減小旁路電容接地引線之間以及補(bǔ)償電容與負(fù)電源之間的引線長(zhǎng)度，因?yàn)橐€電感可能會(huì)影響頻率響應(yīng)，甚至導(dǎo)致高頻振蕩。建議使用帶有內(nèi)部接地平面的多層印刷電路板，以減少接地噪聲并實(shí)現(xiàn)緊湊的組件布局。此外，由于引腳5的阻抗相對(duì)較高，補(bǔ)償電容值較小，建議使用保護(hù)環(huán)來(lái)屏蔽引腳5免受周圍電路噪聲的干擾，并最小化雜散電容，以保持帶寬。

驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載

當(dāng)AD8021驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)，高頻響應(yīng)可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)度的峰值。為了提高高頻穩(wěn)定性并減少峰值，可以采用兩種方法：一是增加補(bǔ)償電容(C{C})，這可以在保持低頻增益平坦度的同時(shí)減少峰值；二是在AD8021的輸出引腳和容性負(fù)載之間串聯(lián)一個(gè)電阻(R{SNUB})。圖70和圖71分別展示了不同(R{SNUB})和(C{C})值下的峰值情況以及(R{SNUB})與容性負(fù)載(C{L})的關(guān)系，幫助我們選擇合適的參數(shù)來(lái)優(yōu)化性能。

六、總結(jié)

AD8021是一款性能卓越、功能多樣的高速電壓反饋放大器，具有低噪聲、高速、低功耗、低失真、高精度等諸多優(yōu)點(diǎn)。其可定制補(bǔ)償?shù)奶匦詾楣こ處熢诓煌鲆媾渲孟碌脑O(shè)計(jì)提供了極大的靈活性，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。在使用過(guò)程中，我們需要注意ESD防護(hù)、PCB布局和驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載等問(wèn)題，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。相信在未來(lái)的電子設(shè)計(jì)中，AD8021將繼續(xù)為工程師們帶來(lái)更多的便利和創(chuàng)新可能。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過(guò)類似的高性能放大器呢？你們?cè)谑褂眠^(guò)程中又有哪些獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)和技巧呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。