深入解析 onsemi NCS2023x 系列運(yùn)算放大器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器是不可或缺的基礎(chǔ)元件，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)電路的表現(xiàn)。今天，我們就來詳細(xì)探討 onsemi 推出的 NCS2023x 系列運(yùn)算放大器，看看它有哪些獨(dú)特之處，能為我們的設(shè)計(jì)帶來怎樣的便利。

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產(chǎn)品概述

NCS2023x 系列運(yùn)算放大器具有寬電源電壓范圍（2.7 V 至 36 V），輸入失調(diào)電壓低至 ±0.95 mV max，提供單通道、雙通道和四通道配置，滿足不同應(yīng)用場景的需求。帶有 NCV 前綴的產(chǎn)品為汽車級應(yīng)用設(shè)計(jì)，工作溫度范圍可擴(kuò)展至 -40°C 至 150°C，其他版本的工作溫度范圍為 -40°C 至 125°C。

封裝選項(xiàng)

引腳配置

產(chǎn)品特性

電氣特性

• 輸入特性
  • 失調(diào)電壓（Vos）：在不同電源電壓和溫度條件下，失調(diào)電壓表現(xiàn)出色。在 TA = 25°C 時(shí)，典型值為 ±0.3 mV，最大值為 ±0.95 mV。在 -40°C 至 150°C 的溫度范圍內(nèi)，最大值為 ±1.2 mV。
  • 失調(diào)電壓溫漂（dVos/dT）：在 -40°C 至 125°C 范圍內(nèi)，最大值為 ±2 μV/°C；在 -40°C 至 150°C 范圍內(nèi)，最大值為 ±5 μV/°C。
  • 輸入偏置電流（IB）：在 TA = 25°C 時(shí)，典型值為 ±5 pA，最大值為 60 pA。在 -40°C 至 125°C 范圍內(nèi)，最大值會(huì)有所增加。
  • 輸入失調(diào)電流（Ios）：同樣在不同電源電壓和溫度條件下有明確的指標(biāo)，確保輸入信號的準(zhǔn)確性。
  • 通道隔離度：對于 NCS20232 和 NCS20234，在 2.7 V 至 36 V 的電源電壓下，25°C 時(shí)通道隔離度典型值為 130 dB，有效減少通道間的干擾。
  • 輸入電容（CIN）：IN+ 和 IN- 的輸入電容在 2.7 V 和 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值分別為 1 pF 和 6 pF。
  • 共模抑制比（CMRR）：在不同電源電壓和共模電壓范圍內(nèi)，CMRR 表現(xiàn)良好。例如，在 VCM = Vss - 0.1 V 至 VDD - 2 V 范圍內(nèi)，2.7 V 電源電壓下，25°C 時(shí)最小值為 80 dB，典型值為 98 dB。
  • 電磁干擾抑制比（EMIRR）：在 2.7 V 和 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)可參考圖 29 了解其具體性能。
• 輸出特性
  • 開環(huán)電壓增益（AVoL）：在不同電源電壓和溫度條件下，開環(huán)電壓增益較高。例如，在 2.7 V 電源電壓下，25°C 時(shí)最小值為 100 dB，典型值為 115 dB。
  • 開環(huán)輸出阻抗（ZoUT）：可參考圖 28 了解其隨頻率的變化情況。
  • 輸出電壓擺幅：包括高電平輸出電壓擺幅（VDD - VoH）和低電平輸出電壓擺幅（VoL - Vss），在不同負(fù)載電流和溫度條件下有明確的指標(biāo)，確保輸出信號的幅度滿足要求。
  • 輸出電流能力（IoUT）：輸出到 VDD 軌的灌電流和輸出到 Vss 軌的拉電流在 2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值均為 28 mA。
  • 容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力（CL）：在相位裕度為 35° 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 140 pF。
• 動(dòng)態(tài)性能
  • 增益帶寬積（GBWP）：在 CL = 25 pF 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 3 MHz。
  • 增益裕度（Am）：在 CL = 25 pF 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 16 dB。
  • 相位裕度（φm）：在 CL = 25 pF 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 60°。
  • 壓擺率（SR）：在單位增益、RL = 2 kΩ 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 4 V/μs。
  • 建立時(shí)間（ts）：在不同輸入階躍電壓和電源電壓下，有明確的建立時(shí)間指標(biāo)，確保輸出信號能夠快速穩(wěn)定。
• 噪聲性能
  • 總諧波失真 + 噪聲（THD + N）：在不同頻率、增益和輸入信號幅度條件下，THD + N 表現(xiàn)優(yōu)秀。例如，在 f = 1 kHz，AV = 1，VIN = 0.5 Vpp 時(shí)，2.7 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 0.009%。
  • 電壓噪聲密度（en）：在 f = 1 kHz 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 20 nV/√Hz。
  • 電流噪聲密度（in）：在 f = 1 kHz 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 30 fA/√Hz。
  • 電壓噪聲峰 - 峰值（epp）：在 fIN = 0.1 Hz 至 10 Hz 時(shí)，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 700 nVpp。
• 電源特性
  • 電源抑制比（PSRR）：在 Vs = 2.7 V 至 36 V 時(shí)，2.7 V 和 36 V 電源電壓下，25°C 時(shí)最小值為 125 dB，典型值為 138 dB。在 -40°C 至 125°C 和 -40°C 至 150°C 范圍內(nèi)，最小值為 120 dB。
  • 靜態(tài)電流（IQ）：在無負(fù)載時(shí)，每個(gè)通道的靜態(tài)電流在不同電源電壓和溫度條件下有明確指標(biāo)。例如，在 2.7 V 和 5 V 電源電壓下，25°C 時(shí)典型值為 0.37 mA，最大值為 0.595 mA。

典型特性

文檔中提供了一系列典型特性曲線，如輸入失調(diào)電壓分布、輸入失調(diào)電壓溫漂分布、開環(huán)增益和相位與頻率的關(guān)系、CMRR 與頻率的關(guān)系等。這些曲線有助于我們更直觀地了解該系列運(yùn)算放大器在不同條件下的性能表現(xiàn)，為實(shí)際設(shè)計(jì)提供參考。

應(yīng)用信息

• 輸入和 ESD 結(jié)構(gòu)：NCS20231 系列放大器采用背對背齊納二極管結(jié)構(gòu)，允許差分電壓高達(dá) ±5 V 時(shí)正常工作。當(dāng)差分電壓超過此值，最高可達(dá) ±VS，但會(huì)增加輸入泄漏電流。輸入引腳串聯(lián)內(nèi)部限流電阻，在差分電壓高達(dá) ±36 V 時(shí)，可將電流限制在 ±10 mA 以內(nèi)，保護(hù)器件安全。每個(gè)輸入引腳通過二極管鉗位到電源軌，輸入過壓時(shí)，需將輸入電流限制在 ±10 mA 以內(nèi)，防止過大電流損壞器件。
• 軌到軌性能：該系列運(yùn)算放大器的共模輸入電壓范圍可超出電源軌 100 mV。在 VSS - 0.1 V 至 VDD - 2 V 的共模電壓范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)高精度性能。輸入共模范圍可進(jìn)一步擴(kuò)展至 VDD + 0.1 V，以確保在電源軌附近的功能正常，但在該區(qū)域精度會(huì)有所下降。此外，NCS2023x 不會(huì)出現(xiàn)輸出相位反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，當(dāng)輸入共模電壓超出推薦范圍時(shí)，輸出會(huì)被限制在輸出電壓擺幅內(nèi)。

封裝與訂購信息

封裝形式

該系列運(yùn)算放大器提供多種封裝形式，包括 SC - 88A（SC - 70 - 5/SOT - 353）、SOT - 553、UDFN8、SOIC - 8 NB、SOIC - 14 NB 和 TSSOP - 14 WB 等。每種封裝都有詳細(xì)的機(jī)械尺寸和推薦焊接 footprint 信息，方便我們進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)。

訂購信息

根據(jù)不同的溫度范圍、通道數(shù)和封裝形式，提供了詳細(xì)的訂購型號和標(biāo)記信息。例如，工業(yè)和商業(yè)級產(chǎn)品在 -40°C 至 125°C 溫度范圍內(nèi)，單通道 TSOP - 5 封裝的型號為 NCS20231SN2T1G，標(biāo)記為 AAC，每卷數(shù)量為 3000 個(gè)。汽車級合格產(chǎn)品在 -40°C 至 150°C 溫度范圍內(nèi)也有相應(yīng)的型號可供選擇。

總結(jié)

onsemi 的 NCS2023x 系列運(yùn)算放大器憑借其寬電源電壓范圍、低輸入失調(diào)電壓、良好的電氣性能和豐富的封裝選擇，適用于多種應(yīng)用場景，如電信設(shè)備、電源設(shè)計(jì)、柴油噴射控制、汽車和電機(jī)控制等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)具體需求選擇合適的通道數(shù)、封裝形式和工作溫度范圍，充分發(fā)揮該系列運(yùn)算放大器的優(yōu)勢。同時(shí)，通過參考文檔中的典型特性曲線和應(yīng)用信息，能夠更好地優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能。

你在使用運(yùn)算放大器時(shí)，是否也遇到過一些挑戰(zhàn)？你會(huì)如何選擇適合的運(yùn)算放大器呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。