高精度低功耗运放AD8659：性能与应用解析

高精度低功耗运放AD8657/AD8659：性能与应用解析

在电子工程师的设计工作中，选择合适的运算放大器至关重要。今天，我们就来深入探讨Analog Devices公司的AD8657/AD8659这两款双路和四路微功耗、精密、轨到轨输入/输出放大器，看看它们在实际应用中能为我们带来哪些优势。

文件下载：AD8659.pdf

核心特性：低功耗与高精度并存

低功耗运行

AD8657/AD8659在高压（18V）下仅需最大22μA的微功耗，典型静态电源电流为18μA。这种低功耗特性使得它们在便携式操作系统等对功耗敏感的应用中表现出色，能够有效延长设备的电池续航时间。而且，它们支持2.7V至18V的单电源操作以及±1.35V至±9V的双电源操作，具有很宽的电源电压范围，适应不同的电源环境。

高精度表现

• 低失调电压：最大失调电压为350μV，在不同的输入共模电压和温度范围内，失调电压也能得到很好的控制。例如，在-40°C至+125°C的温度范围内，输入共模电压为0V至18V时，最大失调电压为16mV。
• 低输入偏置电流：最大输入偏置电流为20pA，这有助于减少因偏置电流引起的误差，提高电路的精度。
• 高增益带宽积：在增益AV = 100时，典型增益带宽积为230kHz，单位增益交越频率为230kHz，-3dB闭环带宽为305kHz，能够满足一定频率范围内的信号处理需求。

其他特性

• 轨到轨输入/输出：能够在接近电源轨的范围内工作，提供更大的信号动态范围。
• 良好的电磁干扰抗扰度：采用独特的输入和输出级设计，有效减少电磁干扰对电路性能的影响，提高系统的稳定性。

电气特性：多电压下的性能保障

不同电压下的参数表现

文档详细给出了AD8657/AD8659在18V、10V和2.7V三种不同电源电压下的电气特性参数。以18V电源操作为例，在输入特性方面，失调电压在不同条件下有不同的取值，输入偏置电流在-40°C至+125°C的温度范围内最大为20pA；在输出特性方面，输出电压高和低在不同负载和温度条件下也有明确的数值。这些参数为工程师在不同应用场景下的设计提供了重要依据。

绝对最大额定值和热阻

了解器件的绝对最大额定值和热阻对于确保器件的安全可靠运行至关重要。AD8657/AD8659的电源电压最大为20.5V，输入电压范围为(V -) - 300mV至(V +) + 300mV等。热阻方面，不同封装类型的热阻不同，如8引脚MSOP封装的热阻θJA为142°C/W，θJC为45°C/W。在设计时，我们需要根据实际情况选择合适的封装，并确保器件的工作条件在额定值范围内。

引脚配置与功能：清晰明确的布局

文档提供了AD8657和AD8659的详细引脚配置图和功能描述。AD8657有8引脚MSOP和8引脚LFCSP两种封装，AD8659有14引脚SOIC和16引脚LFCSP两种封装。每个引脚都有明确的功能，如输入引脚、输出引脚、电源引脚等。对于LFCSP封装，还提到了暴露焊盘的连接方式，可连接到V -或不连接。清晰的引脚配置和功能描述有助于我们正确地进行电路设计和布局。

典型性能特性：多方面的性能展示

输入特性相关曲线

文档给出了输入失调电压分布、输入失调电压漂移分布、输入失调电压与共模电压的关系、输入偏置电流与温度和共模电压的关系等曲线。这些曲线直观地展示了器件在不同条件下的输入特性，帮助我们了解器件的性能变化规律。例如，从输入失调电压与共模电压的关系曲线中，我们可以看到在某些共模电压范围内，失调电压会出现台阶状变化，这是由于输入级的双差分对拓扑结构导致的。在设计时，我们应尽量避免选择这些共模电压范围，以减少失调电压的影响。

输出特性相关曲线

输出电压与负载电流、温度的关系曲线以及输出阻抗与频率的关系曲线等，展示了器件的输出特性。例如，从输出电压与负载电流的关系曲线中，我们可以了解到在不同负载电流下，输出电压与电源轨的接近程度，从而评估器件的驱动能力。

其他性能曲线

还包括电源电流与共模电压、电源电压和温度的关系曲线，开环增益和相位与频率的关系曲线，闭环增益与频率的关系曲线，CMRR和PSRR与频率的关系曲线等。这些曲线全面地展示了器件的性能，为我们在实际应用中进行电路设计和性能优化提供了参考。

应用信息：广泛的应用场景

输入级设计

AD8657/AD8659的输入级由NMOS和PMOS两个差分晶体管对组成，根据输入共模电压的不同，不同的差分对会更活跃。这种拓扑结构使得放大器能够保持较宽的动态输入电压范围，但也会导致在某些共模电压范围内出现失调电压的台阶状变化。在设计时，我们需要选择合适的共模电压，避免使用输入差分对切换的区域。

输出级设计

输出级采用互补输出级，由M16和M17晶体管组成，配置为AB类拓扑结构，能够实现轨到轨输出摆幅。输出电压受晶体管输出阻抗的限制，输出电压摆幅是负载电流的函数，我们可以通过输出电压与负载电流的关系图来估算输出电压摆幅。

其他应用考虑

• 电阻负载：反馈电阻会改变放大器所看到的实际负载电阻，AD8657/AD8659能够驱动低至100kΩ的电阻负载。在设计时，我们需要注意反馈电阻的选择，避免过大的负载影响器件的性能。
• 比较器操作：虽然偶尔会将未使用的双运放部分用作比较器以节省电路板空间和成本，但不建议这样做。因为运放和比较器的设计目的不同，运放用于闭环配置，而比较器用于开环配置，将运放用作比较器可能会导致输入二极管导通，增加系统的总电源电流。
• 电磁干扰抑制：由于电路容易受到高频电磁干扰（EMI）的影响，AD8657/AD8659通过其相对较低的带宽和输入器件的非线性特性，能够在一定程度上抑制EMI信号。文档中给出了电磁干扰抑制比（EMIRR）的计算公式和相关曲线，帮助我们评估器件在电磁环境中的性能。
• 4mA至20mA过程控制电流环路发射器：AD8657可用于4mA至20mA的电流环路发射器，其低电源电流特性使其成为该应用的理想选择。通过合理设计电路参数，可以实现对环路电流的精确控制。

总结

AD8657/AD8659以其低功耗、高精度、宽电源电压范围、轨到轨输入/输出和良好的电磁干扰抗扰度等特性，在便携式操作系统、电流监测、4mA至20mA环路驱动、缓冲/电平转换、多极点滤波器、远程/无线传感器和低功耗跨阻放大器等应用中具有很大的优势。电子工程师在设计相关电路时，可以根据文档中提供的详细参数和应用信息，合理选择和使用这两款器件，以实现高性能的电路设计。

大家在使用AD8657/AD8659的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。