高精度、低噪聲運算放大器AD8671/AD8672/AD8674的特性與應用

在電子設計領域，運算放大器是非常基礎且關鍵的器件。今天要和大家詳細探討的是Analog Devices推出的AD8671/AD8672/AD8674系列高精度、低噪聲運算放大器，看看它們有哪些獨特之處以及適用于哪些應用場景。

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一、器件概述

AD8671/AD8672/AD8674屬于Analog Devices不斷發展的低噪聲運算放大器系列。AD8671為單通道放大器，AD8672為雙通道放大器，AD8674為四通道放大器。它們具有超低噪聲、超低失調電壓和漂移、低輸入偏置電流、10 MHz帶寬以及低功耗等特點，輸出在超過1000 pF的容性負載下仍能保持穩定。

二、關鍵特性

（一）電氣特性

1. 低噪聲：電壓噪聲密度低至2.8 nV/√Hz，峰峰值噪聲電壓為77 nV p - p ，在0.1 Hz至10 Hz頻段表現出色，這使得它們在對噪聲敏感的應用中具有很大優勢。
2. 高精度：失調電壓最大為75 μV，失調電壓漂移在 - 40°C至 + 125°C范圍內最大為125 μV，輸入偏置電流最大為12 nA，能夠保證較高的運算精度。
3. 寬帶寬：增益帶寬積達到10 MHz，可滿足許多高頻應用的需求。
4. 低功耗：每個放大器的典型電源電流為3 mA，在 ± 5 V至 ± 15 V的雙電源供電下，都能保持較低的功耗。
5. 高增益：開環增益最小為120 dB，能夠提供足夠的放大倍數。

（二）動態性能

1. 壓擺率：達到4 V/μs，能夠快速響應輸入信號的變化。
2. 建立時間：在4 V階躍、增益為1的情況下，達到0.1%的建立時間為1.4 μs，達到0.01%的建立時間為5.1 μs，能夠快速穩定輸出。

（三）電源特性

1. 電源抑制比：AD8671/AD8672的電源抑制比最小為110 dB，AD8674最小為106 dB，能夠有效抑制電源波動對輸出的影響。
2. 電源范圍：支持 ± 4 V至 ± 18 V的寬電源范圍，適應不同的供電需求。

三、引腳配置與封裝

（一）引腳配置

不同型號的引腳配置有所不同，例如AD8671采用8引腳封裝，包括輸入、輸出、電源等引腳；AD8672同樣是8引腳封裝，但有兩個通道；AD8674則采用14引腳封裝，包含四個通道。具體的引腳功能可以參考數據手冊中的詳細說明。

（二）封裝形式

AD8671/AD8672提供8引腳SOIC和8引腳MSOP封裝，AD8674提供14引腳SOIC和14引腳TSSOP封裝。其中，MSOP封裝的AD8671/AD8672所需的電路板空間僅為同類放大器的一半，適合對空間要求較高的應用。

四、典型應用場景

（一）PLL濾波器

PLL（鎖相環）濾波器在AM/FM調制等應用中非常重要。AD8671/AD8672/AD8674的低失調電壓和低輸入偏置電流能夠最小化輸出誤差，高開環增益和寬帶寬允許用戶設計高閉環增益的濾波器，是PLL濾波器設計的理想選擇。為了優化濾波器設計，建議使用小阻值電阻以降低熱噪聲。

（二）GPS濾波器

GPS接收器需要低噪聲來減少RF（射頻）影響。AD8671的超低噪聲和寬帶寬特性使其非常適合用于GPS的帶通和低通濾波器，同時不會帶來高功耗的問題。

（三）儀器儀表

在儀器儀表領域，對精度和噪聲的要求較高。AD8671/AD8672/AD8674的高精度和低噪聲特性能夠滿足儀器儀表的測量需求，提高測量的準確性。

（四）音頻應用

該系列放大器在整個音頻頻率范圍內表現出低總諧波失真（THD），適用于高閉環增益的音頻應用，如專業音頻設備等。

五、應用注意事項

（一）功率耗散計算

為了實現低電壓噪聲，輸入級電流會比大多數具有等效增益帶寬積的運算放大器更高，這也導致了一定的功率耗散。可以通過公式 (T{I}=T{A}+P{D} × theta{I A}) 計算結溫，其中 (T{I}) 為結溫，(T{A}) 為環境溫度，(P{D}) 為功率耗散，(theta{I A}) 為熱阻。在設計時需要考慮結溫對可靠性的影響，必要時可以采取散熱措施，如使用風扇、Peltier熱電冷卻器或熱管等。

（二）單位增益跟隨器應用

當在具有背靠背二極管輸入級的放大器（如AD8671）的正端施加大于1 V的大瞬態脈沖時，建議在反饋回路中使用至少500 Ω的電阻 (R{F}) ，以避免放大器對信號發生器造成負載影響。如果 (R{F}) 需要使用較大值，應并聯一個小電容 (C{F}) 來補償輸入電容和 (R{F}) 引入的極點。

（三）輸出相位反轉

AD8671/AD8672/AD8674即使在輸入電壓超出電源電壓1 V的情況下，也不會出現輸出相位反轉的現象，這在實際應用中是一個非常重要的特性。

（四）驅動容性負載

雖然該系列放大器能夠驅動較大的容性負載，但在單位增益配置下驅動非常大的負載時，可能會出現不必要的振鈴或不穩定現象。此時，可以使用外部補償電路，如在圖35所示的電路中，通過合理選擇 (R{F}) 、(C{F}) 等元件的值，可以減少過沖并防止放大器振蕩，但會犧牲一定的輸出擺幅。不過，該電路也能對輸入信號和放大器噪聲進行濾波，從而將整體輸出噪聲降至最低。

六、總結

AD8671/AD8672/AD8674系列運算放大器以其低噪聲、高精度、寬帶寬和低功耗等優點，在眾多領域都有廣泛的應用前景。電子工程師在設計過程中，可以根據具體的應用需求，合理選擇合適的型號和封裝，并注意相關的應用事項，以充分發揮這些器件的性能優勢。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。