深入解析 onsemi NCS2023x 系列運算放大器

在電子設計領域，運算放大器是不可或缺的基礎元件，其性能的優劣直接影響到整個電路的表現。今天，我們就來詳細探討 onsemi 推出的 NCS2023x 系列運算放大器，看看它有哪些獨特之處，能為我們的設計帶來怎樣的便利。

文件下載：onsemi NCS2023x和NCV2023x運算放大器.pdf

產品概述

NCS2023x 系列運算放大器具有寬電源電壓范圍（2.7 V 至 36 V），輸入失調電壓低至 ±0.95 mV max，提供單通道、雙通道和四通道配置，滿足不同應用場景的需求。帶有 NCV 前綴的產品為汽車級應用設計，工作溫度范圍可擴展至 -40°C 至 150°C，其他版本的工作溫度范圍為 -40°C 至 125°C。

封裝選項

引腳配置

產品特性

電氣特性

• 輸入特性
  • 失調電壓（Vos）：在不同電源電壓和溫度條件下，失調電壓表現出色。在 TA = 25°C 時，典型值為 ±0.3 mV，最大值為 ±0.95 mV。在 -40°C 至 150°C 的溫度范圍內，最大值為 ±1.2 mV。
  • 失調電壓溫漂（dVos/dT）：在 -40°C 至 125°C 范圍內，最大值為 ±2 μV/°C；在 -40°C 至 150°C 范圍內，最大值為 ±5 μV/°C。
  • 輸入偏置電流（IB）：在 TA = 25°C 時，典型值為 ±5 pA，最大值為 60 pA。在 -40°C 至 125°C 范圍內，最大值會有所增加。
  • 輸入失調電流（Ios）：同樣在不同電源電壓和溫度條件下有明確的指標，確保輸入信號的準確性。
  • 通道隔離度：對于 NCS20232 和 NCS20234，在 2.7 V 至 36 V 的電源電壓下，25°C 時通道隔離度典型值為 130 dB，有效減少通道間的干擾。
  • 輸入電容（CIN）：IN+ 和 IN- 的輸入電容在 2.7 V 和 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值分別為 1 pF 和 6 pF。
  • 共模抑制比（CMRR）：在不同電源電壓和共模電壓范圍內，CMRR 表現良好。例如，在 VCM = Vss - 0.1 V 至 VDD - 2 V 范圍內，2.7 V 電源電壓下，25°C 時最小值為 80 dB，典型值為 98 dB。
  • 電磁干擾抑制比（EMIRR）：在 2.7 V 和 36 V 電源電壓下，25°C 時可參考圖 29 了解其具體性能。
• 輸出特性
  • 開環電壓增益（AVoL）：在不同電源電壓和溫度條件下，開環電壓增益較高。例如，在 2.7 V 電源電壓下，25°C 時最小值為 100 dB，典型值為 115 dB。
  • 開環輸出阻抗（ZoUT）：可參考圖 28 了解其隨頻率的變化情況。
  • 輸出電壓擺幅：包括高電平輸出電壓擺幅（VDD - VoH）和低電平輸出電壓擺幅（VoL - Vss），在不同負載電流和溫度條件下有明確的指標，確保輸出信號的幅度滿足要求。
  • 輸出電流能力（IoUT）：輸出到 VDD 軌的灌電流和輸出到 Vss 軌的拉電流在 2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值均為 28 mA。
  • 容性負載驅動能力（CL）：在相位裕度為 35° 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 140 pF。
• 動態性能
  • 增益帶寬積（GBWP）：在 CL = 25 pF 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 3 MHz。
  • 增益裕度（Am）：在 CL = 25 pF 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 16 dB。
  • 相位裕度（φm）：在 CL = 25 pF 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 60°。
  • 壓擺率（SR）：在單位增益、RL = 2 kΩ 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 4 V/μs。
  • 建立時間（ts）：在不同輸入階躍電壓和電源電壓下，有明確的建立時間指標，確保輸出信號能夠快速穩定。
• 噪聲性能
  • 總諧波失真 + 噪聲（THD + N）：在不同頻率、增益和輸入信號幅度條件下，THD + N 表現優秀。例如，在 f = 1 kHz，AV = 1，VIN = 0.5 Vpp 時，2.7 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 0.009%。
  • 電壓噪聲密度（en）：在 f = 1 kHz 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 20 nV/√Hz。
  • 電流噪聲密度（in）：在 f = 1 kHz 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 30 fA/√Hz。
  • 電壓噪聲峰 - 峰值（epp）：在 fIN = 0.1 Hz 至 10 Hz 時，2.7 V 至 36 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 700 nVpp。
• 電源特性
  • 電源抑制比（PSRR）：在 Vs = 2.7 V 至 36 V 時，2.7 V 和 36 V 電源電壓下，25°C 時最小值為 125 dB，典型值為 138 dB。在 -40°C 至 125°C 和 -40°C 至 150°C 范圍內，最小值為 120 dB。
  • 靜態電流（IQ）：在無負載時，每個通道的靜態電流在不同電源電壓和溫度條件下有明確指標。例如，在 2.7 V 和 5 V 電源電壓下，25°C 時典型值為 0.37 mA，最大值為 0.595 mA。

典型特性

文檔中提供了一系列典型特性曲線，如輸入失調電壓分布、輸入失調電壓溫漂分布、開環增益和相位與頻率的關系、CMRR 與頻率的關系等。這些曲線有助于我們更直觀地了解該系列運算放大器在不同條件下的性能表現，為實際設計提供參考。

應用信息

• 輸入和 ESD 結構：NCS20231 系列放大器采用背對背齊納二極管結構，允許差分電壓高達 ±5 V 時正常工作。當差分電壓超過此值，最高可達 ±VS，但會增加輸入泄漏電流。輸入引腳串聯內部限流電阻，在差分電壓高達 ±36 V 時，可將電流限制在 ±10 mA 以內，保護器件安全。每個輸入引腳通過二極管鉗位到電源軌，輸入過壓時，需將輸入電流限制在 ±10 mA 以內，防止過大電流損壞器件。
• 軌到軌性能：該系列運算放大器的共模輸入電壓范圍可超出電源軌 100 mV。在 VSS - 0.1 V 至 VDD - 2 V 的共模電壓范圍內，可實現高精度性能。輸入共模范圍可進一步擴展至 VDD + 0.1 V，以確保在電源軌附近的功能正常，但在該區域精度會有所下降。此外，NCS2023x 不會出現輸出相位反轉現象，當輸入共模電壓超出推薦范圍時，輸出會被限制在輸出電壓擺幅內。

封裝與訂購信息

封裝形式

該系列運算放大器提供多種封裝形式，包括 SC - 88A（SC - 70 - 5/SOT - 353）、SOT - 553、UDFN8、SOIC - 8 NB、SOIC - 14 NB 和 TSSOP - 14 WB 等。每種封裝都有詳細的機械尺寸和推薦焊接 footprint 信息，方便我們進行 PCB 設計。

訂購信息

根據不同的溫度范圍、通道數和封裝形式，提供了詳細的訂購型號和標記信息。例如，工業和商業級產品在 -40°C 至 125°C 溫度范圍內，單通道 TSOP - 5 封裝的型號為 NCS20231SN2T1G，標記為 AAC，每卷數量為 3000 個。汽車級合格產品在 -40°C 至 150°C 溫度范圍內也有相應的型號可供選擇。

總結

onsemi 的 NCS2023x 系列運算放大器憑借其寬電源電壓范圍、低輸入失調電壓、良好的電氣性能和豐富的封裝選擇，適用于多種應用場景，如電信設備、電源設計、柴油噴射控制、汽車和電機控制等。在實際設計中，我們可以根據具體需求選擇合適的通道數、封裝形式和工作溫度范圍，充分發揮該系列運算放大器的優勢。同時，通過參考文檔中的典型特性曲線和應用信息，能夠更好地優化電路設計，提高系統性能。

你在使用運算放大器時，是否也遇到過一些挑戰？你會如何選擇適合的運算放大器呢？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。