AD8027/AD8028：高性能高速運放的設計與應用

在電子工程師的日常設計工作中，選擇合適的運算放大器至關重要。今天，我們就來深入探討一下ADI公司的AD8027/AD8028這兩款低失真、高速軌到軌輸入/輸出放大器，看看它們在實際應用中能為我們帶來哪些驚喜。

文件下載：AD8028.pdf

一、產品特性亮點

高速與低失真

AD8027/AD8028具有出色的高速性能，-3dB帶寬可達190MHz（G = +1），壓擺率為100V/μs。在失真方面表現也十分優秀，1MHz時的無雜散動態范圍（SFDR）可達120dBc，5MHz時為80dBc。這種低失真特性使得它們在對信號質量要求較高的應用中表現出色。

低噪聲與低功耗

該放大器的噪聲水平較低，輸入電壓噪聲為4.3nV/√Hz，輸入電流噪聲為1.6pA/√Hz。同時，每放大器的靜態電流僅為6.5mA，還具備掉電模式，可有效降低功耗。

可選擇輸入交叉閾值

這是AD8027/AD8028的一個獨特特性，用戶可以通過DISABLE/SELECT引腳選擇輸入交叉閾值電壓，從而控制互補晶體管輸入對的切換電壓，有效減少交叉失真。

寬電源范圍與小封裝

電源范圍為2.7V至12V，能適應不同的電源環境。并且提供了8引腳SOIC、6引腳SOT - 23和10引腳MSOP等多種小封裝形式，方便不同的PCB布局需求。

汽車級應用

其中AD8028WARMZ - R7經過了汽車應用認證，可滿足汽車電子領域對可靠性和穩定性的嚴格要求。

二、工作原理剖析

輸入級

通過互補輸入對實現軌到軌輸入性能。當差分輸入信號的共模電平超過內部參考電壓時，輸入對會從PNP切換到NPN。同時，輸入對采用了四個二極管進行保護，防止差分輸入信號超過1.4V。為了限制輸入電流，建議在輸入端串聯電阻。

交叉選擇

用戶可以通過DISABLE/SELECT引腳選擇PNP/NPN差分對之間的交叉點，避免在交叉區域操作引入偏移和失真。在無法避免交叉區域時，輸入級會保持恒定跨導和最小偏移，以確保寬帶失真性能。

輸出級

采用共發射極輸出結構實現軌到軌輸出能力，能夠驅動一定的線性輸出電流。但需要注意的是，容性負載可能會降低放大器的相位裕度，當容性負載超過20pF（G = +1）時，建議串聯一個25Ω至50Ω的電阻。

DC誤差

由于采用了互補輸入級，在交叉區域輸入偏置電流會反轉極性，輸入失調電壓也會發生變化。為了減少DC誤差和失真，建議在交叉區域平衡輸入阻抗。

三、典型性能特性

頻率響應

從典型性能曲線可以看出，AD8027/AD8028在不同增益、不同電源電壓、不同輸出幅度和不同溫度等條件下的頻率響應表現良好。例如，在小信號頻率響應測試中，隨著增益的增加，帶寬會相應減小。

失真特性

在諧波失真測試中，不同頻率和電源電壓下的失真情況有所不同。總體來說，在低頻和合適的電源電壓下，失真較小。這對于需要高質量信號的應用來說非常重要。

其他特性

還包括輸入偏置電流與溫度和輸入共模電壓的關系、輸入失調電壓的分布和變化等。這些特性對于理解放大器的性能和在實際應用中的表現具有重要意義。

四、電路設計注意事項

平衡輸入阻抗

平衡輸入阻抗可以改善失真性能。當放大器從PNP對切換到NPN對時，輸入偏置電流的大小和方向會發生變化，如果輸入阻抗不平衡，會導致偏移變化。因此，保持輸入阻抗平衡是關鍵。

PCB布局

對于高速運放，PCB布局至關重要。要盡量縮短旁路電容的引腳長度，避免多余的引腳電感影響頻率響應和導致高頻振蕩。使用多層板并設置內部接地層可以減少接地噪聲。同時，要注意反饋電阻的位置和避免在運放下方的層上有金屬，以減少寄生電容的影響。

接地

在高速、高密度的電路板中，接地層非常關鍵。理解電路中電流的流向，縮短電流路徑長度，可以減少寄生電感和接地環路的影響。

電源旁路

電源引腳需要提供干凈、低噪聲的直流電壓源。旁路電容可以提供低阻抗路徑，減少電源線上的噪聲，并為快速開關條件提供足夠的局部電荷存儲。建議使用高質量的陶瓷芯片電容，并將其盡量靠近放大器封裝。

五、應用案例分析

驅動16位ADC

AD8028憑借其可調節的交叉失真選擇點和低噪聲特性，非常適合驅動或緩沖輸入信號到高分辨率的ADC，如AD7677。在實際應用中，通過合理設置DISABLE/SELECT引腳，可以避免交叉區域，實現低失真操作。從測試數據來看，與AD7677組合使用時，具有良好的積分非線性（INL）表現。

帶通濾波器

在通信系統的信號處理中，AD8027/AD8028是有源濾波器的理想選擇。以1MHz帶通濾波器為例，通過合理設計電路參數，可以實現目標中心頻率和帶寬。

六、總結

AD8027/AD8028是兩款性能卓越的高速運放，具有高速、低失真、低噪聲、低功耗等諸多優點。其獨特的可選擇輸入交叉閾值特性為工程師提供了更多的設計靈活性。在實際應用中，只要我們充分理解其工作原理，注意電路設計的各個細節，就能充分發揮它們的性能優勢，為我們的設計帶來更好的效果。大家在實際使用過程中，有沒有遇到過一些有趣的問題或者有獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享。