OPAx333 1.8-V，微功耗，CMOS运算放大器，零漂系列-OPA333, OPA2333

特点

•低偏移电压：10μV（最大）

•零点漂移：0.05μV/°C（最大值）

•0.01-Hz至10 Hz噪声：1.1μVPP

•静态电流：17μA

•单电源操作

•电源电压：1.8 V至5.5 V

•轨对轨输入/输出

•微型的尺寸包装：SC70和SOT23

应用

•传感器

•温度测量

•电子秤

•医疗器械

•电池供电仪器

•手持测试设备

说明

OPAx333系列CMOS运算放大器采用专有的自动校准技术，可同时提供非常低的偏移电压（最大10μV）和随时间和温度而接近零的漂移。这些微型、高精度、低静态电流放大器提供高阻抗输入，共模范围超过钢轨100 mV，轨间输出在钢轨50 mV范围内摆动。可使用低至1.8 V（±0.9 V）和高达5.5 V（±2.75 V）的单电源或双电源。这些设备针对低电压、单电源操作进行了优化。

OPAx333系列提供了优秀的CMRR，而没有传统互补输入级的交叉。这种设计在不降低差分线性度的情况下，为驱动模数转换器（adc）带来了优越的性能。

OPA333（单版本）提供5针SOT-23、SOT和8针SOIC封装，而OPA2333（双版本）提供8针VSON、SOIC和VSSOP封装。所有型号均规定在-40°C至125°C的温度下工作。

设备信息

（1）、有关所有可用的软件包，请参阅数据表末尾的订购附录。

OPAx333引线图

典型特征

除非另有说明，否则TA=25°C，VS=5 V，CL=0 pF。

详细说明

概述

OPAx333是一个零漂移、低功耗、轨对轨输入和输出运算放大器。这些器件的工作电压从1.8伏到5.5伏，单位增益稳定，适用于广泛的通用应用。零漂架构提供超低的偏移电压和接近零的偏移电压漂移。

功能框图

特性描述

OPA333和OPA2333的单位增益稳定，没有意外的输出相位反转。这些设备使用专有的自动校准技术来提供低偏移电压和非常低的随时间和温度漂移。为了获得最低的偏移电压和精度性能，优化电路布局和机械条件。避免在连接不同导体形成的热电偶接头中产生热电效应的温度梯度。通过确保两个输入端上的热电势相等来消除这些热产生的电位。其他布局和设计考虑因素包括：

•使用低热电系数条件（避免使用不同的金属）。

•将部件与电源或其他热源热隔离。

•屏蔽运算放大器和输入电路，使其免受气流（如冷却风扇）的影响。

遵循这些指南可降低结处于不同温度的可能性，这可能导致0.1μV/°C或更高的热电电压，具体取决于所用材料。

工作电压

OPA333和OPA2333运算放大器的工作电源范围为1.8伏至5.5伏（±0.9伏至±2.75伏）。典型特性部分显示了随电源电压或温度变化的参数。

注意安全

高于+7 V（绝对最大值）的电源电压可能会永久损坏设备。

输入电压

OPA333和OPA2333输入共模电压范围超出电源轨0.1V。OPA333被设计成覆盖整个范围，而没有在其他轨道环轨放大器中发现的麻烦的过渡区。

通常，输入偏置电流约为70pa；但是，超过电源的输入电压会导致过多的电流流入或流出输入引脚。如果输入电流被限制在10毫安，则可以容忍大于电源的瞬时电压。使用输入电阻可以很容易地实现这个限制，如图18所示。

如果输入电压超过电源轨≥0.5 V，则需要限流电阻器。

内部偏移校正

OPA333和OPA2333运算放大器使用自动校准技术，信号路径中有一个时间连续的350 kHz运算放大器。该放大器采用专有技术每8μs进行零点校正。通电后，放大器需要大约100μs才能达到规定的VOS精度。这种设计没有混叠或闪烁噪声。

实现运算放大器负轨的输出摆动

例如，在某些情况下，电压从5伏到0.5伏的范围内，要求输出电压达到0.5伏。当单个运算放大器的输出电压接近下限时，大多数运算放大器会出现输出电压接近下限的问题。一个好的单电源运算放大器可能会在接近单电源接地的地方摆动，但不会到达地面。OPA333和OPA2333的输出可以在一个电源上摆动到地面或略低于地面。这种摆动是通过使用另一个电阻器和一个比运算放大器负电源更多的负电源来实现的。可以在输出端和附加的负电源之间连接一个下拉电阻，将输出端拉低到输出值以下，如图19所示。

OPA333和OPA2333有一个输出级，可以使用前面描述的技术将输出电压拉到负电源轨上，或略低于负极供电轨。这种技术只适用于某些类型的输出级。OPA333和OPA2333的特点是采用这种技术；建议的电阻值约为20 kΩ。

注意：这种配置增加了几百微安的电流消耗。

准确度在0伏以下，低至2毫伏。极限和非线性发生在-2毫伏以下，但在输出再次驱动到-2毫伏以上后，仍能获得优异的精度。降低下拉电阻的电阻可以使运算放大器在负轨下方摆动得更远。低至10 kΩ的电阻可用于实现低至-10 mV的出色精度。

DFN包

OPA2333是在DFN-8包中提供的（也称为SON）。DFN是一种QFN封装，引线触点仅位于封装底部的两侧。这种无铅封装最大限度地扩大了电路板空间，并通过一个裸露的焊盘增强了热特性和电气特性。

DFN包物理上很小，路由面积更小，热性能得到改善，并且电寄生性也得到了改善。此外，没有外部引线消除了引线弯曲的问题。

DFN封装可以使用标准PCB组装技术轻松安装。

注意

包装底部外露的引线框架模具垫应连接到V-或保持不连接。

设备功能模式

OPAx333设备具有单一功能模式。只要电源电压在1.8 V（±0.9 V）和5.5 V（±2.75 V）之间，设备即通电。

应用与实施

注意

以下应用章节中的信息不是TI组件规范的一部分，TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定组件的适用性。客户应验证和测试其设计实现，以确认系统功能。

申请信息

OPAx333系列是一个单位增益稳定，精度运算放大器具有非常低的偏移电压漂移；这些器件也没有输出相位反转。噪声或高阻抗电源的应用要求去耦电容器靠近设备电源引脚。在大多数情况下，0.1-μF电容器就足够了。

典型应用

高压侧电压-电流（V-I）转换器

图20所示的电路是一个高压侧电压-电流（V-I）转换器。它的输入电压从0伏到2伏，输出电流从0毫安到100毫安。图21显示了该电路的测量传递函数。OPA333的低失调电压和偏移漂移有助于提高电路的直流精度。

设计要求

设计要求如下：

•电源电压：5 V DC

•输入：0 V至2 V DC

•输出：0毫安至100毫安直流电

详细设计程序

电路的V-I传递函数基于输入电压VIN和三个电流感应电阻器RS1、RS2和RS3之间的关系。VIN和RS1之间的关系决定了流经设计第一阶段的电流。从第一级到第二级的电流增益基于RS2和RS3之间的关系。

对于成功的设计，请密切注意为应用选择的运算放大器的直流特性。为了满足性能目标，该应用程序得益于具有低失调电压、低温度漂移和轨间输出的运算放大器。opa2333cmos运算放大器是一种高精度、5-uV偏置、0.05-μV/°C漂移放大器，适用于低电压、单电源操作，输出摆幅在正轨50毫伏以内。OPA2333系列使用斩波技术来提供较低的初始偏移电压和随时间和温度而接近零的漂移。低失调电压和低漂移降低了系统中的偏移误差，使这些器件适用于精确的直流控制。OPA2333的轨对轨输出级确保运算放大器的输出摆幅能够完全控制供应轨内MOSFET器件的栅极。

TIPD102给出了详细的误差分析、设计步骤和附加测量结果。

应用曲线

精密、低电平电压-电流（V-I）转换器

图22所示的电路是一个精密的低电平电压-电流（V-I）转换器。转换器的输入电压为0 V到5 V，输出电流为0μA到5μA。图23显示了该电路的测量传递函数。OPA333的低失调电压和偏移漂移有助于提高电路的直流精度。图24显示了整个电路范围的校准误差。

设计要求

设计要求如下：

•电源电压：5 V DC

•输入：0 V至5 V DC

•输出：0μA至5μA DC

详细设计程序

电路的V-I传递函数基于输入电压、VIN、RSET和仪表放大器（INA）增益之间的关系。在运行期间，输入电压除以INA增益出现在等式1中的整定电阻器上：

通过RSET的电流必须流过负载，所以IOUT是VSET/RSET。只要通过RSET和RLOAD的总电压不违反运算放大器的输出限制或INA的输入共模限制，IOUT仍然是一个良好调节的电流。设定电阻（VSET）上的电压是输入电压除以INA增益（即VSET=1V/10=0.1V）。电流由VSET和RSET确定，如等式2所示：

TIPD107给出了详细的误差分析、设计步骤和附加测量结果。

应用曲线

复合放大器

图25所示的电路是一个复合放大器，用于驱动ADS8881上的基准。OPA333提供出色的直流精度，THS4281允许电路的输出快速响应典型SAR数据转换器参考输入的瞬态电流要求。ADS8881系统针对THD进行了优化，并获得了–110分贝的实测性能。ADC的线性度如图26所示。

设计要求

本区块设计的设计要求如下：

•系统电源电压：5 V DC

•ADC电源电压：3.3 V DC

•ADC采样率：1 MSPS

•ADC参考电压（VREF）：4.5 V DC

•ADC输入信号：将振幅为Vpk=4.315 V（–0.4 dBFS以避免削波）和频率fIN=10 kHz的差分输入信号应用于ADC的每个差分输入

详细设计程序

使高分辨率SAR ADC性能最大化的两个主要设计考虑因素是输入驱动器和参考驱动器设计。该电路包括关键模拟电路块、输入驱动器、抗混叠滤波器和参考驱动器。每个模拟电路块应根据ADC性能规范进行仔细设计，以便在低功耗的同时最大限度地提高数据采集系统的失真和噪声性能。该图包括每个单独模拟块的最重要规格。本设计系统地探讨了每个模拟电路块的设计，以实现对10 kHz正弦输入信号的16位、低噪声和低失真的数据采集系统。设计的第一步需要了解极低失真输入驱动放大器的要求。这种理解有助于决定一个适当的输入驱动器配置和选择一个输入放大器，以满足系统要求。下一个重要的步骤是设计抗混叠RC滤波器，以衰减ADC反冲噪声，同时保持放大器的稳定性。最后的设计挑战是设计一个高精度的参考驱动电路，它将提供所需的值VREF和低偏移，漂移和噪声贡献。

在设计一个非常低失真的数据采集模块时，了解非线性的来源是很重要的。ADC和输入驱动器都会在数据采集块中引入非线性。为了达到最低失真，高性能SAR ADC的输入驱动器必须具有相对于ADC失真可以忽略的失真。此参数要求输入驱动器失真比ADC THD低10 dB。这一严格要求确保系统的总谐波失真不超过–0.5 dB。

因此，重要的是选择一个满足上述标准的放大器，以避免系统THD受到输入驱动器的限制。反馈系统中放大器的非线性依赖于可用的环路增益。TIPD115给出了详细的误差分析、设计步骤和附加测量结果。

应用曲线

系统示例

温度测量应用

图27显示了温度测量。

单运放电桥放大器的应用

图28显示了桥式放大器的基本配置。

低压侧电流监测器应用

图29显示了一个低侧电流分流监测器。RN是用于将ADS1100与数字I2C总线的噪声隔离的操作电阻器。ADS1100是一个16位转换器；因此，精确的基准对于最大精度是必不可少的。如果不需要绝对精度，并且5V电源足够稳定，可以省略REF3130。

注：1%的电阻在小的接地回路误差下提供足够的共模抑制。

其他应用

图30到图33显示了其他应用程序的思想。

（1）、齐纳额定运放电源能力（也就是说，5.1V的OPA333）。

（2）、限流电阻器。

（3）、选择齐纳偏置电阻或双N-mosfet（FDG6301N、NTJD4001N或Si1034）。

（1）、其他仪表放大器也可以使用，如INA326，它有较低的噪声，但较高的静态电流。

电源建议

OPAx333规定在1.8 V至5.5 V（±0.9 V至±2.75 V）下工作；许多规格适用于-40°C至125°C。典型特性所示参数可显示工作电压或温度的显著差异。

注意安全

大于7 V的电源电压可能会永久损坏设备（见绝对最大额定值）。

TI建议在电源引脚附近放置0.1-μF的旁路电容器，以减少噪声或高阻抗电源的耦合误差。有关旁路电容器放置的详细信息，请参阅布局部分。

布局

布局指南

总平面布置指南

注意良好的布局实践。保持线路短，如有可能，使用印刷电路板（PCB）接地平面，表面安装组件尽可能靠近设备引脚。将一个0.1-μF电容器紧挨着电源引脚放置。在整个模拟电路中应用这些指南，以提高性能并提供好处，例如降低电磁干扰（EMI）敏感性。

运算放大器对射频干扰（RFI）的敏感性不同。RFI通常可以被识别为偏移电压或直流信号电平随干扰RF信号的变化而变化。OPA333是专门设计来最小化对射频干扰的敏感度，与上一代设备相比，它的灵敏度非常低。强射频场仍可能导致偏移水平的变化。

DFN布局指南

将DFN封装上裸露的引线框架模具垫焊接到PCB上的热焊盘上。机械数据表的布局示例见本图末尾。根据装配工艺要求，可能需要对该布局进行改进。本数据表末尾的机械图纸列出了包装和衬垫的物理尺寸。平台图案中的五个孔是可选的，用于连接引线框架模架垫和PCB上散热片区域的热通孔。

在温度循环、按键、封装剪切和类似的板级测试中，焊接暴露的焊盘显著提高了板级可靠性。即使是低功耗的应用，裸露的焊盘也必须焊接到PCB上，以提供结构完整性和长期可靠性。

布局示例

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