OPAx354 250 MHz，轨对轨I/O，CMOS运算放大器—OPA354, OPA2354, OPA4354

特点

•单位增益带宽：250 MHz

•宽带宽：100 MHz GBW

•高转换率：150 V/μs

•低噪声：6.5 nV√Hz

•轨间I/O•高输出电流：>100 mA

•出色的视频性能：

–差分增益：0.02%，相位差：0.09°

–0.1-dB增益平坦度：40 MHz

•低输入偏置电流：3 pA

•静态电流：4.9 mA

•热关机

•供电范围：2.5 V至5.5 V

•尺寸和功率板™ 包装微型的

应用

•视频处理

•超声波

•光网络、可调谐激光器

•光电二极管跨阻放大器

•有源滤波器

•高速积分器

•模数（A/D）转换器输入缓冲器

•数模转换器输出放大器

•条形码扫描仪

•通信

说明

OPA354系列高速电压反馈CMOS运算放大器是为视频和其他需要宽带的应用而设计的。它们是单位增益稳定，可以驱动大电流输出。差分增益为0.02%，差分相位为0.09°。每个通道的静态电流只有4.9毫安。

OPA354系列运算放大器可在低至2.5V（±1.25V）和高达5.5V（±2.75V）的单电源或双电源上运行。共模输入范围超出电源范围。输出摆幅在100毫伏范围内，支持宽动态范围。

对于需要100毫安连续输出电流的应用，单和双8针HSOP提供PowerPAD版本。

单一版本（OPA354）可在微型5针SOT-23和8针HSOP PowerPAD封装中使用。双版本（OPA2354）采用微型8针VSSOP和8针HSOP PowerPAD封装。四元版本（OPA4354）提供14针TSSOP和14针SOIC封装。

多通道版本的特点是完全独立的电路，以降低串扰和避免相互作用。所有规定的温度范围为-40°C至125°C。

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。

简化示意图

典型特征

除非另有说明，否则在TA=25°C，VS=5 V，G=+1，RF=0Ω，RL=1 kΩ，并连接至VS/2。

详细说明

概述

OPA354是一种CMOS、轨间I/O、高速、电压反馈运算放大器，设计用于视频、高速和其他应用。它有单、双或四路运算放大器。

该放大器具有100mhz的增益带宽和150v/μs的转换率，但它是单位增益稳定的，可以作为+1v/V的电压跟随器工作。

功能框图

特性描述

工作电压

OPA354的电源范围为2.7 V至5.5 V（±1.35 V至±2.75 V）。然而，电源电压的范围为2.5 V至5.5 V（±1.25 V至±2.75 V）。高于7.5 V（绝对最大值）的电源电压会永久损坏放大器。

随电源电压或温度变化的参数见本数据表的典型特性。

轨对轨输入

OPA354的规定输入共模电压范围超出电源轨100毫伏。如功能框图所示，这种扩展范围是通过一个互补输入级一个N信道输入差分对与一个P信道差分对并行来实现的。N-通道对对于靠近正轨的输入电压有效，通常高于正电源（V+）-1.2 V到100 mV，而对于从负电源以下100 mV到大约（V+−1.2 V）的输入，P通道对处于开启状态。存在一个小的过渡区，通常是（V+）-1.5 V到（V+）-0.9 V，两个电压对都在其中正在打开。该600 mV过渡区可随工艺变化而变化±500 mV。因此，在低端，过渡区（两个输入级均开启）的范围为（V+）-2 V至（V+）-1.5 V，高端可达（V+）-0.9 V至（V+）-0.4 V。

双折叠共源共源代码将来自两个输入对的信号相加，并向AB类输出级提供差分信号。

轨间输出

AB类输出级采用共源晶体管实现轨对轨输出。对于高阻抗负载（>200Ω），输出电压摆幅通常为电源轨100 mV。当负载为10Ω时，可以在保持高开环增益的同时实现有用的输出摆幅。见典型特性曲线，输出电压摆幅与输出电流（图20和图22）。

输出驱动

OPA354输出级可提供±100毫安的连续输出电流，但在5v电源上提供约2.7v的输出摆幅，如图30所示。为了获得最大的可靠性，TI不建议运行超过±100 mA的连续直流电流。参考典型特性曲线，输出电压摆幅与输出电流（图20和图22）。对于提供大于±100 mA的连续输出电流，OPA354可并联运行，如图31所示。

OPA354提供高达200毫安的峰值电流，对应于典型的短路电流。因此，提供了一个片内热关机电路，以保护OPA354免受危险的高结温影响。在160°C时，保护电路关闭放大器。当结温冷却到140℃以下时，恢复正常工作。

视频

OPA354输出级能够驱动标准的后端接75Ω视频电缆，如图32所示。通过反向端接传输线，它不会向驱动器显示电容性负载。正确的后端接的75Ω电缆不会显示为电容；它只向OPA354输出端提供150Ω的电阻负载。

OPA354可作为RGB图形信号的放大器，该信号在视频黑电平下的电压为零，通过偏置和交流耦合信号。见图33。

（1）、源视频信号偏移距地面300 mV，以适应运算放大器对地摆动能力。

驱动模数转换器

OPA354系列运算放大器提供60纳秒的稳定时间至0.01%，使其成为驱动中高速采样a/D转换器和参考电路的好选择。OPA354系列在提供信号增益的同时，提供了一种有效的缓冲A/D转换器输入电容和由此产生的电荷注入的方法。对于需要高直流精度的应用，建议使用OPA350系列。

图34显示了驱动A/D转换器的OPA354。在OPA354处于逆变配置的情况下，反馈电阻器上的电容器可用于过滤信号中的高频噪声。

电容性负载和稳定性

OPA354系列运算放大器可以驱动各种电容性负载。然而，在某些条件下，所有运算放大器都可能变得不稳定。运算放大器的配置、增益和负载值只是确定稳定性时要考虑的几个因素。单位增益结构的运算放大器最容易受到电容负载的影响。电容性负载与设备输出电阻以及任何附加负载电阻发生反应，在小信号响应中产生一个极点，降低相位裕度。详见典型特性曲线，各种CL的频率响应（图13）。

OPA354拓扑增强了其驱动电容性负载的能力。在单位增益，这些运算放大器表现良好的大电容负载。有关详细信息，请参考典型特性曲线、推荐的RS与电容性负载（图14）和频率响应与电容性负载（图15）。

在单位增益配置中，改进电容负载驱动的一种方法是在输出端串联一个10Ω到20Ω的电阻器，如图35所示。这种配置可显著减少大电容负载时的振铃现象，见典型特性曲线，频率响应与电容性负载（图15）。然而，如果有一个电阻负载与电容负载并联，RS会产生一个分压器。这种电压划分在输出端引入了直流误差，并略微减小了输出摆幅。这个错误可能无关紧要。例如，当RL=10KΩ，RS=20Ω时，输出误差约为0.2%。

宽带跨阻放大器

宽带宽、低输入偏置电流、低输入电压和电流噪声使OPA354成为低压单电源应用的理想宽带光电二极管互阻放大器。低电压噪声很重要，因为光电二极管电容使电路的有效噪声增益在高频下增加。

如图36所示，跨阻设计的关键元素是预期的二极管电容[包括OPA354的寄生输入共模和差模输入电容（2+2）pF]、所需的跨阻增益（RF）和OPA354的增益带宽积（GBW）（典型值为100 MHz）。设置这三个变量后，可以设置反馈电容值（CF）来控制频率响应。

为了获得最大平坦的二阶巴特沃斯频率响应，反馈极点的设置必须如等式1所示：

典型的表面贴装电阻器的寄生电容约为0.2 pF，必须从计算的反馈电容值中扣除。带宽由方程式2计算：

对于更高的跨阻带宽，可以使用高速CMOS OPA355(200-MHz GBW)或OPA655(400-MHz GBW) 。

设备功能模式

连接电源后，OPAx354系列设备通电。根据应用，这些设备可以作为单电源运算放大器或双电源放大器来操作。电压差设为5.V，且电压至少设置为5 V+5.V时，也可将电压设置为5.V以上。

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

OPAx354系列器件是一种CMOS、轨间I/O、高速、电压反馈运算放大器，设计用于视频、高速和其他应用。OPAx354系列设备有单、双或四路运放。该放大器具有100兆赫的增益带宽和150伏/微秒的转换率，但它单位稳定，可以作为1伏/伏的电压跟随器工作。

典型应用

宽增益带宽、低输入偏置电流、低输入电压和电流噪声使OPAx354系列器件成为理想的宽带光电二极管跨阻放大器。低电压噪声很重要，因为光电二极管电容使电路的有效噪声增益在高频下增加。如图37所示，跨阻设计的关键元素是预期的二极管电容，包括寄生输入共模和差模输入电容；期望的跨阻增益；以及OPAx354系列器件（20 MHz）的增益带宽（GBW）。通过设置这三个变量，可以设置反馈电容值来控制频率响应。反馈电容包括的杂散电容，对于典型的表面贴装电阻器，杂散电容为0.2 pF。

设计要求

对于本设计示例，使用表1中列出的参数作为输入参数。

C（F）是可选的，以防止增益峰值。C（F）包括R（F）的杂散电容。

详细设计程序

为了获得最大平坦的二阶巴特沃斯频率响应，使用方程3设置反馈极点。

用公式4计算带宽。

优化跨阻电路

为获得最佳性能，必须根据以下准则选择组件：

1.对于最低噪声，选择R（F）以创建所需的总增益。使用较低的R（F）值并在跨阻放大器后增加增益通常会产生较差的噪声性能。R（F）产生的噪声随R（F）的平方根而增大，而信号则呈线性增加。因此，当所有需要的增益被置于跨阻级时，信噪比提高。

2.使求和结处的光电二极管电容和杂散电容最小（逆变输入）。这个电容导致运算放大器的电压噪声被放大（高频放大）。使用低噪声电压源反向偏置光电二极管可以显著降低电容。较小的光电二极管具有较低的电容。用光学器件把光集中在一个小的光电二极管上。

3.噪声随着带宽的增加而增加。将电路带宽限制在所需的范围内。在R（F）上使用电容器来限制带宽，即使不需要稳定性。

4.电路板泄漏会降低其他设计良好的放大器的性能。仔细清洁电路板。环绕求和结并以相同电压驱动的电路板保护轨迹可以帮助控制漏电。

应用曲线

电源建议

OPAx354系列设备的工作电压范围为2.5 V至5.5 V（±1.25至±2.75 V）；许多规范适用于-40°C至125°C。与工作电压或温度相关的参数表现出显著的差异，这些参数显示出典型的特征。

将0.1-μF旁路电容器放在电源引脚附近，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，请参阅布局指导方针。

布局

布局指南

OPA354必须采用良好的高频印刷电路板（PCB）布局技术。大量使用接地层，短而直接的信号轨迹，以及位于V+引脚的合适的旁路电容器，确保清洁、稳定的运行。大面积的铜也提供了一种消散正常运行时产生的热量的方法。

TI不建议使用任何高速放大器的插座。

10nF陶瓷旁路电容器是最小推荐值；当驱动低电阻负载时，并联添加1-μF或更大的钽电容器是有益的。提供足够的旁路电容对于实现非常低的谐波和互调失真至关重要。

布局示例

功耗

功耗取决于电源电压、信号和负载条件。对于直流信号，功耗等于输出电流乘以导电输出晶体管上的电压与−VO的乘积。通过使用所需的尽可能低的电源电压以确保所需的输出电压摆幅，可以将功耗降至最低。

对于电阻负载，最大功耗发生在电源电压一半的直流输出电压。交流信号的损耗更低。AB-039功率放大器TRESSANDPOWER HANDLING LIMITIONS解释了如何计算或测量异常信号和负载下的功耗。

任何启动热保护电路的趋势都表明功耗过大或散热片不足。为了可靠运行，结温必须限制在最高150°C。为了估计完整设计中的安全裕度，应提高环境温度，直到热保护在160°C下触发。热保护应在高于应用的最大预期环境条件35°C以上触发。

PowerPAD热增强包

除了常规的5针SOT-23和9针VSSOP封装外，OPA354的单、双版本还配有8针SOIC PowerPAD封装。带PowerPAD的98针SO是一个标准尺寸的8针SOIC封装，封装底部裸露的引线框架可以直接焊接到PCB上，从而产生极低的热阻。这种直接连接大大增强了OPA354的功耗能力，并消除了传统上在热封装中使用的笨重散热片和片塞。这个包可以很容易地安装使用标准的PCB组装技术。

注意

由于8针HSOP PowerPAD与标准8针SOIC封装的引脚兼容，OPA354和OPA2354可以直接取代现有插座中的运算放大器。始终需要将PowerPAD焊接到PCB，即使是低功耗的应用程序也是如此。这种配置提供了引线框架模具垫和PCB之间必要的热连接和机械连接。

PowerPAD封装的设计使得引线框架模具垫（或热垫）暴露在IC底部，如图40所示。这个暴露的模具在模具和封装外部之间提供了一个极低的热阻（RθJC）路径。IC底部的热垫可以直接焊接到PCB上，使用PCB作为散热片。此外，电镀通孔（过孔）为PCB背面提供了一条低热阻热流道。

PowerPAD组装流程

电源板必须连接到设备的最负电源电压，在单电源应用中为接地，在分路供电应用中为V−接地。

准备带有顶部蚀刻图案的PCB，如图41所示。根据具体的装配工艺要求，具体的地面设计可能会有所不同。必须对引线进行蚀刻，也必须对热焊盘进行蚀刻。

在热垫区域放置推荐数量的电镀通孔（或热通孔）。这些孔的直径必须为13密耳（.013英寸）。它们保持很小，这样在回流焊期间，通过孔的焊料芯吸不是问题。TI建议8针HSOP PowerPAD封装至少有5个孔，如图41所示。

TI建议，但不要求，在封装下方和热垫区域外设置少量额外的孔。这些孔在铜热焊盘和接地层之间提供了额外的热通道。它们可能更大，因为它们不在需要焊接的区域，所以芯吸不是问题。该技术如图41所示。

将所有孔（包括热焊盘区域内和焊盘区域外的孔）连接到内部接地平面或其他内部铜平面（对于单电源应用），并连接到V−上（对于分体式电源应用）。

当布置这些孔时，不要使用典型的web或spoke via连接方法，如图42所示。网络连接有一个高热阻连接，有助于减缓焊接过程中的热传递。此功能使焊接具有接地平面连接的过孔更加容易。然而，在这种应用中，低热阻是最有效的传热要求。因此，PowerPAD组件下的孔必须连接到内部接地层，并在整个电镀通孔周围进行完整连接。

顶部焊接面罩必须使焊盘连接和热焊盘区域暴露。热垫区域必须露出13密耳的孔。热焊盘区域外较大的孔可以用焊接掩模覆盖。

在暴露的热垫区域和所有封装端子上涂抹焊膏。

有了这些准备步骤，PowerPAD IC就可以简单地放置到位，并像任何标准的表面贴装元件一样完成焊接回流焊操作。这样的准备和加工会使零件正确安装。

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