AD8028：高性能高速运放的设计与应用

AD8027/AD8028：高性能高速运放的设计与应用

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的运算放大器至关重要。今天，我们就来深入探讨一下ADI公司的AD8027/AD8028这两款低失真、高速轨到轨输入/输出放大器，看看它们在实际应用中能为我们带来哪些惊喜。

文件下载：AD8028.pdf

一、产品特性亮点

高速与低失真

AD8027/AD8028具有出色的高速性能，-3dB带宽可达190MHz（G = +1），压摆率为100V/µs。在失真方面表现也十分优秀，1MHz时的无杂散动态范围（SFDR）可达120dBc，5MHz时为80dBc。这种低失真特性使得它们在对信号质量要求较高的应用中表现出色。

低噪声与低功耗

该放大器的噪声水平较低，输入电压噪声为4.3nV/√Hz，输入电流噪声为1.6pA/√Hz。同时，每放大器的静态电流仅为6.5mA，还具备掉电模式，可有效降低功耗。

可选择输入交叉阈值

这是AD8027/AD8028的一个独特特性，用户可以通过DISABLE/SELECT引脚选择输入交叉阈值电压，从而控制互补晶体管输入对的切换电压，有效减少交叉失真。

宽电源范围与小封装

电源范围为2.7V至12V，能适应不同的电源环境。并且提供了8引脚SOIC、6引脚SOT - 23和10引脚MSOP等多种小封装形式，方便不同的PCB布局需求。

汽车级应用

其中AD8028WARMZ - R7经过了汽车应用认证，可满足汽车电子领域对可靠性和稳定性的严格要求。

二、工作原理剖析

输入级

通过互补输入对实现轨到轨输入性能。当差分输入信号的共模电平超过内部参考电压时，输入对会从PNP切换到NPN。同时，输入对采用了四个二极管进行保护，防止差分输入信号超过1.4V。为了限制输入电流，建议在输入端串联电阻。

交叉选择

用户可以通过DISABLE/SELECT引脚选择PNP/NPN差分对之间的交叉点，避免在交叉区域操作引入偏移和失真。在无法避免交叉区域时，输入级会保持恒定跨导和最小偏移，以确保宽带失真性能。

输出级

采用共发射极输出结构实现轨到轨输出能力，能够驱动一定的线性输出电流。但需要注意的是，容性负载可能会降低放大器的相位裕度，当容性负载超过20pF（G = +1）时，建议串联一个25Ω至50Ω的电阻。

DC误差

由于采用了互补输入级，在交叉区域输入偏置电流会反转极性，输入失调电压也会发生变化。为了减少DC误差和失真，建议在交叉区域平衡输入阻抗。

三、典型性能特性

频率响应

从典型性能曲线可以看出，AD8027/AD8028在不同增益、不同电源电压、不同输出幅度和不同温度等条件下的频率响应表现良好。例如，在小信号频率响应测试中，随着增益的增加，带宽会相应减小。

失真特性

在谐波失真测试中，不同频率和电源电压下的失真情况有所不同。总体来说，在低频和合适的电源电压下，失真较小。这对于需要高质量信号的应用来说非常重要。

其他特性

还包括输入偏置电流与温度和输入共模电压的关系、输入失调电压的分布和变化等。这些特性对于理解放大器的性能和在实际应用中的表现具有重要意义。

四、电路设计注意事项

平衡输入阻抗

平衡输入阻抗可以改善失真性能。当放大器从PNP对切换到NPN对时，输入偏置电流的大小和方向会发生变化，如果输入阻抗不平衡，会导致偏移变化。因此，保持输入阻抗平衡是关键。

PCB布局

对于高速运放，PCB布局至关重要。要尽量缩短旁路电容的引脚长度，避免多余的引脚电感影响频率响应和导致高频振荡。使用多层板并设置内部接地层可以减少接地噪声。同时，要注意反馈电阻的位置和避免在运放下方的层上有金属，以减少寄生电容的影响。

接地

在高速、高密度的电路板中，接地层非常关键。理解电路中电流的流向，缩短电流路径长度，可以减少寄生电感和接地环路的影响。

电源旁路

电源引脚需要提供干净、低噪声的直流电压源。旁路电容可以提供低阻抗路径，减少电源线上的噪声，并为快速开关条件提供足够的局部电荷存储。建议使用高质量的陶瓷芯片电容，并将其尽量靠近放大器封装。

五、应用案例分析

驱动16位ADC

AD8028凭借其可调节的交叉失真选择点和低噪声特性，非常适合驱动或缓冲输入信号到高分辨率的ADC，如AD7677。在实际应用中，通过合理设置DISABLE/SELECT引脚，可以避免交叉区域，实现低失真操作。从测试数据来看，与AD7677组合使用时，具有良好的积分非线性（INL）表现。

带通滤波器

在通信系统的信号处理中，AD8027/AD8028是有源滤波器的理想选择。以1MHz带通滤波器为例，通过合理设计电路参数，可以实现目标中心频率和带宽。

六、总结

AD8027/AD8028是两款性能卓越的高速运放，具有高速、低失真、低噪声、低功耗等诸多优点。其独特的可选择输入交叉阈值特性为工程师提供了更多的设计灵活性。在实际应用中，只要我们充分理解其工作原理，注意电路设计的各个细节，就能充分发挥它们的性能优势，为我们的设计带来更好的效果。大家在实际使用过程中，有没有遇到过一些有趣的问题或者有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。