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特点
•低噪音：
4.5千赫
10 kHz时为3.8 nV/√Hz
•低失真：1 kHz时为0.00005%
•低静态电流：每个通道2毫安
•低输入偏置电流：10 pA
•转换速率：10 V/μs
•宽增益带宽：18 MHz（G=+1）
•统一增益稳定
•轨对轨输出
•供应范围广：±2.25伏至±18伏，或+4.5伏至+36伏
•提供双重和四重版本
•小包装尺寸：双重：SO-8和MSOP-8，四：SO-14和TSSOP-14
应用
•模拟和数字混音器
•音频效果处理器
•乐器
•A/V接收器
•DVD和蓝光™ 玩家
•汽车音响系统
说明
OPA1652（双）和OPA1654（四）FET输入运算放大器实现低4.5-nV/√Hz噪声密度，在1khz下具有0.00005%的超低失真。OPA1652和OPA1654运算放大器提供轨对轨输出摆幅在800毫伏以内，负载为2-kΩ，这增加了净空，最大限度地扩大了动态范围。这些器件还具有±30毫安的高输出驱动能力。
这些器件在±2.25 V至±18 V，或+4.5 V至+36 V的非常宽的电源范围内工作，每个通道的电源电流仅为2 mA。OPA1652和OPA1654运算放大器单位增益稳定，在广泛的负载条件下提供良好的动态性能。
这些设备还具有完全独立的电路，以实现最低的串扰，并且不受信道之间的交互影响，即使在过驱动或过载的情况下也是如此。
OPA1652和OPA1654的温度范围规定为-40°C至+85°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。
典型特征
除非另有说明，否则TA=25°C，VS=±15 V，RL=2 kΩ。
详细说明
概述
OPA1652和OPA1654是单位增益稳定，精度双和四运算放大器非常低的噪声。功能框图显示了OPA165x的简化示意图（显示了一个通道）。该器件由一个带折叠共源共栅的极低噪声输入级和一个轨对轨输出级组成。这种拓扑在以前音频运算放大器没有提供的广泛电源电压范围内表现出优越的噪声和失真性能。功能框图
功能框图
特性描述
倒相保护
OPA165x系列具有内部相位反转保护。当输入被驱动到超过线性共模范围时，许多运算放大器会出现相位反转。这种情况在非换向电路中最常见，当输入被驱动到超过规定的共模电压范围时，导致输出反向进入相反的轨道。OPA165x的输入可防止共模电压过高时的相位反转。相反，适当的轨道限制输出电压。这种性能如图35所示。
输入保护
OPA1652和OPA1654的输入端采用背向背向二极管保护，以防差动电压过高，如图36所示。在大多数电路应用中，输入保护电路没有后果。然而，在低增益或G=+1电路中，由于放大器的输出不能对输入斜坡做出足够快的响应，所以快速斜坡输入信号可以使这些二极管向前偏移。如果输入信号足够快，足以产生这种正向偏置条件，则输入信号电流必须限制在10毫安或以下。如果输入信号电流没有固有的限制，可以使用输入串联电阻（RI）和/或反馈电阻器（RF）来限制信号输入电流。该电阻器降低了OPA165x的低噪声性能，并在以下噪声性能部分进行了检查。图36显示了使用限流输入和反馈电阻时的配置示例。
电气过应力
设计者经常问运算放大器承受过大电应力的能力。这些问题往往集中在设备输入端，但也可能涉及电源电压引脚，甚至输出端引脚。每一种不同的引脚功能都具有由特定半导体制造工艺和连接到引脚的特定电路的电压击穿特性决定的电应力极限。此外，内部静电放电（ESD）保护内置在这些电路中，以防止在产品装配之前和过程中发生意外的ESD事件。
很好地理解这种基本的ESD电路及其与电气过应力事件的相关性是有帮助的。图37显示了OPA165x中包含的ESD电路（用虚线区域表示）。ESD保护电路包括几个电流控制二极管，这些二极管从输入和输出引脚连接，并返回内部电源线，二极管在运算放大器内部的吸收装置处会合。该保护电路旨在在正常电路操作期间保持非活动状态。
ESD事件会产生持续时间短的高压脉冲，当通过半导体器件放电时，该脉冲会转化为持续时间短的大电流脉冲。ESD保护电路设计为在运算放大器核心周围提供电流通路，以防止损坏。保护电路吸收的能量随后以热量的形式散失。
当ESD电压在两个或多个放大器设备引脚上形成时，电流流过一个或多个转向二极管。根据电流的路径，吸收装置可以被激活。吸收装置的触发电压或阈值电压高于OPA165x的正常工作电压，但低于器件击穿电压水平。当超过这个阈值时，吸收装置会迅速启动，并将电源轨上的电压钳制到安全水平。
当运算放大器连接到电路中时（参见图37），ESD保护部件将保持非活动状态，不会参与应用电路的操作。然而，当外加电压超过给定引脚的工作电压范围时，可能会出现这种情况。如果出现这种情况，则存在某些内部ESD保护电路开启并传导电流的风险。任何这样的电流都是通过导向二极管路径产生的，很少涉及吸收装置。
图37显示了一个具体的例子，其中输入电压（VIN）超过正电源电压（V+）500毫伏或更多。电路中发生的大部分情况取决于电源特性。如果V+可以吸收电流，则上部输入转向二极管中的一个将电流传导并引导至V+。过高的电流水平会随着车辆识别号（VIN）越来越高而流动。因此，数据表规格建议应用程序将输入电流限制在10毫安。
如果电源不能吸收电流，VIN可以开始向运算放大器提供电流，然后作为正电源电压源接管。这种情况下的危险是电压可能上升到超过运算放大器绝对最大额定值的水平。
另一个常见的问题是，当电源（V+或V-）为0 V时，如果输入信号应用于输入，放大器会发生什么情况。同样，这个问题取决于电源特性，当电源电压为0 V或低于输入信号振幅时。如果电源显示为高阻抗，则输入源通过电流控制二极管提供运算放大器电流。这种状态不是正常的偏压状态；很可能是放大器不能正常工作。如果电源阻抗低，则通过转向二极管的电流可能会变得相当高。电流水平取决于输入源传输电流的能力，以及输入路径中的任何电阻。
如果对电源吸收电流的能力有任何不确定性，请在电源引脚上添加外部齐纳二极管；见图37。选择齐纳电压，使二极管在正常运行期间不会打开。然而，齐纳电压必须足够低，以便齐纳二极管在电源引脚开始上升到高于安全工作电压水平时导通。
设备功能模式
工作电压
OPA165x系列运算放大器在±2.25伏至±18伏电源电压范围内工作，同时保持出色的性能。OPA165x系列可在电源间电压为+4.5V，电源间电压为+36v时工作。然而，有些应用不需要相同的正、负输出电压摆幅。对于OPA165x系列，电源电压不需要相等。例如，正电源可以设置为+25 V，负电源设置为-5 V。
在所有情况下，共模电压必须保持在规定范围内。此外，关键参数在TA=–40°C到+85°C的指定温度范围内得到保证。典型特性中显示了随工作电压或温度显著变化的参数。
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
噪声性能
图38显示了在单位增益配置（没有反馈电阻网络，因此没有额外的噪声贡献）的运放源阻抗变化的总电路噪声。
OPA165x（GBW=18 MHz，G=+1）显示，并计算出总电路噪声。运算放大器本身提供电压噪声分量和电流噪声分量。电压噪声通常被建模为偏置电压的时变分量。电流噪声被建模为输入偏置电流的时变分量，并与源电阻反应产生噪声的电压分量。因此，给定应用的最低噪声运算放大器取决于源阻抗。对于低源阻抗，电流噪声可以忽略不计，而电压噪声通常占主导地位。OPA165x系列运算放大器的电压噪声使其成为大于或等于1kΩ的源阻抗的更好选择。
图38中的方程式显示了总电路噪声的计算，这些参数如下：
•en=电压噪声
•in=电流噪声
•RS=源阻抗
•k=玻尔兹曼常数=
•T=温度，单位：开氏度（k）
低噪声运算放大器电路的设计需要仔细考虑各种可能的噪声因素：来自信号源的噪声、运算放大器中产生的噪声以及来自反馈网络电阻器的噪声。电路的总噪声是所有噪声分量的平方根和组合。
源阻抗的电阻部分产生与电阻平方根成比例的热噪声。图38描绘了这个等式。源阻抗通常是固定的；因此，选择运放和反馈电阻，以尽量减少各自对总噪声的贡献。
图39说明了带增益的逆变（图39b）和非逆变（图39a）运算放大器电路配置。在有增益的电路配置中，反馈网络电阻也会产生噪声。运算放大器的电流噪声与反馈电阻反应，产生额外的噪声分量。通常可以选择反馈电阻值，使这些噪声源可以忽略不计。给出了两种结构的总噪声方程。
总谐波失真测量
OPA165x系列运算放大器具有优良的失真特性。在20赫兹至20千赫的音频范围内，THD+噪声低于0.0002%（G=+1，VO=3 VRMS，BW=80 kHz）（请参阅特性性能图7）。
OPA165x系列运算放大器产生的失真低于许多商用失真分析仪的测量极限。但是，可以使用特殊的测试电路（如图40所示）来扩展测量能力。
运算放大器失真可以被认为是一个内部误差源，可以参考输入。图40显示了导致运算放大器失真增大的电路（有关各种信号增益的失真增益系数，请参阅图40中的表格）。在其他标准的非互易放大器配置中加入R3会改变电路的反馈系数或噪声增益。闭环增益不变，但可用于纠错的反馈被失真增益因子降低，从而将分辨率提高相同的量。注意，应用到运算放大器的输入信号和负载与没有R3的传统反馈相同。R3值应保持较小，以尽量减少其对失真测量的影响。
该技术的有效性可通过在高增益和/或高频下重复测量来验证，其中失真在测试设备的测量能力范围内。本数据表的测量采用音频精密系统双失真/噪声分析仪，大大简化了重复测量。然而，测量技术可以用手动畸变测量仪器来执行。
（1）、关于测量带宽，请参见图7到图12。
电容性负载
OPA1652和OPA1654的动态特性已针对常见增益、负载和操作条件进行了优化。低闭环增益和高容性负载的结合降低了放大器的相位裕度，并可能导致增益峰值或振荡。因此，较重的电容性负载必须与输出隔离。实现这种隔离的最简单方法是在输出端串联一个小电阻（例如RS等于50Ω）。
这个小的串联电阻也可以防止过多的功率消耗，如果设备的输出变短。
图19显示了几个RS值的小信号超调与电容性负载的关系图。此外，有关分析技术和应用电路的详细信息，请参阅反馈图DefineOpaPacePerformance（SBOA015），可从TI网站下载。
典型应用
16个运算放大器的选择，使之成为一个优良的音频运算放大器。其中一个这样的电路如图41所示，其说明了适合高保真耳机应用的功率放大器电路。
设计要求
•增益：6 dB
•输出电压：>2 VRMS，32Ω负载
•输出阻抗：<1Ω
•THD+N:<–110dB（1 kHz，2 VRMS，32Ω负载）
详细设计程序
功率放大器电路（显示的是单通道）在OPA1652的反馈回路中具有BUF634高速缓冲放大器，以增加可用的输出电流量。BUF634的带宽和功耗可通过外部电阻器RBW进行设置。在这个电路中，RBW使用了一个0Ω的电阻，使BUF634具有最宽的带宽和最高的性能。电路的增益由反馈电阻R1和R2决定，如等式1所示：
为了达到6-dB电压增益（2V/V）的设计目标，R1和R2的值必须相等。这些电阻器也会对电路产生噪声和热噪声。反馈电阻器的电压噪声谱密度（参考放大器输入）如等式2所示：
理想情况下，电阻的热噪声贡献不会显著降低电路的噪声性能。选择电阻值，使电阻噪声小于运算放大器输入电压噪声的三分之一（方程式3），可确保由于反馈电阻的贡献而引起的电路噪声的任何增加最小。
为了计算所需的电阻值，将方程式3插入方程式2中，并重新排列所得方程式以求解R1与R2的并联组合，如方程式4所示。将nvA值R1.6Ω/16Ω的值与16.8Ω的电压值的组合得出。R1和R2使用标准值200Ω的电阻器，得到100Ω的并联值，这与要求的值非常接近。
由于BUF634的极宽带宽和高转换率，不需要额外的元件来保持电路的稳定性或防止闭锁。该电路在电容负载大于1nF时稳定，适合耳机应用。
应用曲线
电路的测量性能如图42至图46所示。频率响应在整个音频带宽上非常平坦，在可听见的范围内仅偏差0.004 dB。低频下显示的增益下降是测试设备的结果，而不是放大器电路。根据负载和空载条件下增益的变化计算出的放大器输出阻抗为0.036Ω。剪切前的最大输出功率如图43所示。对于一个32Ω的负载，功率放大器能够在削波前提供781兆瓦的功率。当负载为32Ω时，最佳THD+N性能在678mw（1khz，22khz测量带宽）下为-117.2db。图44显示了在90 kHz带宽中测量的2-VRMS输出电平的THD+N与频率的关系。最坏情况下的测量值是16Ω负载（250 mW），20 kHz输入频率，–91.8 dB（0.0026%）。两个fft也显示了2-VRMS，1-kHz，基本到两个不同负载的放大器输出频谱。在两种负载条件下，相对于基波而言，所有畸变谐波均低于-120 dB。
电源建议
OPA165x规定在4.5 V至36 V（±2.25 V至±18 V）的条件下工作；许多规范适用于-40°C至+85°C之间。在典型特性部分中给出了与工作电压或温度相关的显著变化的参数。噪声或高阻抗电源的应用要求去耦电容器靠近器件引脚。在大多数情况下，0.1-μF电容器就足够了。
布局
布局指南
为获得设备的最佳运行性能，请使用良好的印刷电路板（PCB）布局实践，包括：
•噪声可以通过整个电路的电源引脚和运放本身传播到模拟电路中。旁路电容器用于通过提供模拟电路局部的低阻抗电源来降低耦合噪声。
–将低ESR、0.1-μF陶瓷旁路电容器连接在每个电源引脚和接地之间，并尽可能靠近设备。从V+到地的单旁路电容器适用于单电源应用。
•电路模拟和数字部分的单独接地是最简单和最有效的噪声抑制方法之一。多层印刷电路板上的一层或多层通常用于接地层。接地层有助于热量分配，并减少电磁干扰（EMI）噪声拾取。物理分离数字和模拟接地，观察接地电流的流动。
•为了减少寄生耦合，输入轨迹应尽可能远离电源或输出轨迹。如果这些记录道不能保持分离，则垂直穿过敏感记录道要比与噪声记录道平行要好得多。
•将外部组件尽可能靠近设备。如图47所示，保持RF和RG接近逆变输入可以最大限度地减小寄生电容。
•输入记录道的长度应尽可能短。始终记住，输入轨迹是电路中最敏感的部分。
•考虑在关键线路周围设置一个驱动的低阻抗保护环。保护环可以显著降低附近不同电位的漏电电流。
•建议在板组装后清洁PCB，以获得最佳性能。
•任何精密集成电路都可能因水分进入塑料包装而发生性能变化。在任何水性PCB清洁过程之后，建议烘烤PCB组件，以去除清洁过程中引入设备包装的水分。大多数情况下，在85°C下低温后清洁烘烤30分钟就足够了。
布局示例
功耗
OPA1652和OPA1654系列运算放大器能够驱动2-kΩ负载，电源电压高达±18 V，工作温度范围完整。在高电源电压下工作时，内部功耗增加。与传统材料相比，OPA165x系列运算放大器采用的铜引线框架结构提高了散热性。电路板布局也有助于最大限度地降低结温升。宽的铜痕迹有助于散热，作为一个额外的散热器。通过将设备焊接到电路板上，而不是使用插座，可以进一步将温升降到最低。
