ADI OP07仍在发展

AN-573 应用笔记 One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. • Tel: 781.329.4700 • Fax: 781.461.3113 • www.analog.com OP07仍在发展 作者：Reza Moghimi Rev. B | Page 1 of 8 R4 26.7kΩ R12 1MΩ R14 10.1kΩ R15 1MΩ R9 6.19kΩ R8 2.55MΩ R7 100Ω R2 200Ω RTD 100Ω R4 10.1kΩ R5 26.7kΩ 5V AD589 D1N 3 2 1 VOUTU3 V+ V– U4 U1 R3 37.4kΩ 1/4 OP7471/4 OP747 1/4 OP747 V1 V2 GAIN = 100 (V2 – V1) 02 38 0- 00 1 简介 OP07已经过数年的修补，目前提供的仍是塑料封装版本。 本应用笔记重点说明OP7x7在新设计中的一些主要特性， 并介绍使用了这些特性的一些应用。 单电源供电 目前环境下，OP07面临的最大问题之一是该器件需要使用 双电源。ADI公司的放大器系列可以解决这一问题，同时 仍忠实再现原有技术规格。OP777单通道、OP727双通道 和OP747四通道运算放大器可采用具有分离供电轨的±15 V 至±1.35 V 电源，也可采用具有单一供电轨的+30 V至+2.7 V电源。 OP777/OP727/OP747数据手册详尽描述了采用+5 V和±15 V 供电轨的器件特性。OP7x7系列的单电源供电能力使设计 人员在单电源和双电源应用中均可采用负电源或地电压供 电。 图1显示仪表放大器(由U3和U4构成)的增益被设置为100。 AD589建立1.235 V电压，U1放大器伺服于电桥，并维持 2.55 MΩ和6.19 kΩ并联组合两端的电压，从而产生200 μA 电流源。该电流均匀分离并流入电桥两个部分，最终流经 RTD，并根据电流值建立输出电压。 图1：低功耗单电源RTD放大器 AN-573 Rev. B | Page 2 of 8 目录 修订历史 2010年3月—修订版A至修订版B 2003年6月—修订版0至修订版A 2002年11月—修订版0：初始版 简介.....................................................................................................1 单电源供电........................................................................................1 修订历史 ............................................................................................2 更低的电源电流...............................................................................4 输入端无箝位二极管 ......................................................................5 轨到轨输出........................................................................................6 负供电轨输入 ...................................................................................6 高出输入端3 V .................................................................................6 实现高性能的设计提示..................................................................7 修改格式 ..................................................................................... 通篇 更改“简介”部分和“单电源供电”部分 ........................................ 1 更改图2和图4 .................................................................................. 3 更改“更低的电源电流”部分......................................................... 4 更改“输入端无箝位二极管”部分及图10 ................................... 5 更改图14和图16 .............................................................................. 6 更改“高出输入端3 V”部分 ........................................................... 7 Rev. B | Page 3 of 8 R23 10kΩ 3 2 1 R24 100kΩ R20 1.21MΩ R21 182kΩ R25 220Ω R26 100Ω R27 100kΩ C2 220pF R22 1kΩ TRIM Q1 2N1711 GND VOUT VIN 5 6 R28 100kΩ VIN 0V TO 3V OP777 HP5082-2800 3 12 D2 TWIST PAIR T1 12V TO 30V 4REF-02A/D V+ V– R29 100Ω 2 4mA TO 20mA 02 38 0- 00 2 3 2C7 0.1µF GND 6 V+ V– 1/4 OP747 R1 R1 (1 + δ) +VSREF192 +VS +VS R91 10.1kΩ 1 R82 10.1kΩ VOUT R85 10kΩ R83 1MΩ 4 2 R84 1MΩ R1 (1 + δ) R1 R2 1/4 OP747 1/4 OP747 AR1 × VREF 2R2 δ + 2.5VVOUT = A = 300 GND OUTPUT VS 6 REF192 4 2 02 38 0- 00 3 OUTPUT VS 3 2 V+ V– 1/4 OP747 +3V 499Ω 1 VOUT 100kΩ 1kΩ VIN 100kΩ 2.67kΩ 2.67kΩ 1µF 2µF 1.33kΩ 2.67kΩ 2.67kΩ 0.01µF 1µF A2 A1 A3 +3V 1MΩ 1µF 1µF 1MΩ 1kΩ 1/4 OP747 1/4 OP747 02 38 0- 00 4 图2：自供电4 mA至20 mA电流环路变送器 图3：单电源线性响应电桥 图4：采用虚地的3 V单电源50 Hz/60 Hz有源陷波滤波器 AN-573 如图2所示，电路悬空在单电源(12 V至30 V)回路上方。它 的功耗仅为1.5 mA，剩下的2.5 mA可供用户为其他信号调 理电路供电。 OP7x7在许多电桥应用中非常有用。图3显示的是单电源电 桥电路，其输出与电桥小数偏差(δ)呈线性比例关系。 注意：δ=ΔR R 为了处理单电源系统内的交流信号，通常最好使用虚地偏 置 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。图4中，该任务由放大器A3完成。用户应当用3.16 kΩ电阻取代2.67 kΩ双T部分，以抑制50 Hz。灵敏度取决于 双T部分内电容和电阻的相对匹配。为取得满意结果，请 使用聚酯薄膜(5%)和1%电阻。 Rev. B | Page 4 of 8 更低的电源电流 U3 3 2 U4 V+ V– 1/2 OP727 R13 10.1kΩ 1 R14 10.1kΩ VOUT R15 1MΩ R12 1MΩ V2 V1 5V 1/2 OP727 02 38 0- 00 5 3 2 TEMP GND VOUTVIN 3 6 V+ V– 1/4 OP747 +VSAD680AD +15V 1 7.5V 4 2 R48 10kΩ R49 10kΩ 1 F 10kΩ 1/4 OP747 10kΩ 1/4 OP747 10kΩ 10kΩ 1/4 OP747 C8 1µF 10V 5V 2.5V 22kΩ IN4002 2µF R50 10kΩ 02 38 0- 00 6 3 2 U1 V– RETURN TO GROUND OP777 VOUT Q1 R3 100Ω RSENSE 0.1Ω V+ 5V R2 2.49kΩ 2N2222A/ZTX 1 02 38 0- 00 7 AN-573 图5：单电源微功耗仪表放大器 图6：多输出跟踪基准电压 图7：低端电流检测电路 OP07的静态电流高于当今便携式应用的理想值。OP777仪 表放大器的静态电流小于350 μA，而OP07需要4 mA电流才 能在±15 V电压下工作。OP777的低功耗使器件能够设计用 于众多便携式应用。 OP727可用于构建具有两个运算放大器的仪表放大器。图5 显示的是使用单个OP727放大器的单电源仪表放大器。为 了突出差异，R14/R12 = R15/R13。直流环境下电路CMRR 的计算公式为 CMRR = 20 × log(100/(1 − (R15 × R14)/(R13 × R12)) 一般以电阻间的不匹配百分比表示电阻网络的精度。可以 改写CMRR公式以反映这一点。 CMRR = 20 × log(10000/不匹配%) 要实现高CMRR，关键是要使电阻网络在电阻比和相对漂 移两个方面都能获得良好匹配。电阻绝对值及其绝对漂移 影响不大；匹配才是关键。对于不匹配率为0.1%的电阻网 络，CMRR为100 dB。为了最大化CMRR，应对其中一个电 阻(例如R12)进行调整。两个运算放大器若能在一个封装 (OP727)中严格匹配，其性能将明显优于三通道运算放大 器配置。 对于该电路，当0.02 mV ≤ (V1 − V2) ≤ 290 mV、2 mV ≤ VOUT ≤ 29 V时，VO = 100(V2 − V1)。 由于OP747具有出色的直流精度和规格，可用于从单一来 源建立多输出跟踪基准电压。 图7显示了5 V单电源电流监控器的示例，该器件可集成在具 有返送电流限制的稳压器设计中或具有过压保护的高电流 电源设计中。这些设计利用了OP777延伸至地的共模范围。 电流在电源回路内被监控，其中0.1 Ω分流电阻RSENSE产生一 个极小的压降。通过Q1(2N2222A或等效NPN晶体管)的反 馈，反相端电压等于同相端电压。这使得R3两端的压降等 于RSENSE两端的压降。因此，流经Q1的电流与流经RSENSE的电 流成正比，输出电压由下式得出 VOUT = 5 V − (R2/R3) × RSENSE × IL) 当IL增加时，R2两端的压降增加；因此，当检测到较高电源 电流时，VOUT会下降。在所示元件值下，当回路电流为1 A 时，VOUT为2.5 V。 Rev. B | Page 5 of 8 3 2 V– 10kΩ VOUT OP777 V1 V+ +15V 1 3.3kΩ 10kΩ V2 –15V 10kΩ 02 38 0- 00 8 3 2 V– VOUT OP777 V+ 1 –VS R61 100kΩ R3 68kΩ C10 0.01µF +VS R60 100kΩ VOUT = ±(VS) @ 1kHz 02 38 0- 00 9 AGND 24 1 3 2 V+ 1/2 OP727 1 V– 1/2 OP727 DB0 21 17 DB1 16 DB2 15 DB3 14 DB4 13 DB5 12 DB6 11 DB7 10 DB8 9 DB9 8 DB10 7 DB11 6 LDAC 19 WR 20 VREFA 4 VREFB 22 DACA 18 DGND 5 IOUTA IOUTB RFBA RFBB 2 23 TRIM GND VOUT VIN ADR01 4 VDD +15V R67 10kΩ R68 10kΩ VIN 10kΩ 10kΩ TTL OUT 1N4148 1N4148 +5V 1kΩ 2N2222A/ZTX DAC8222 3 –15V DACB 02 38 0- 01 0 V– OP777 V+ –15V RF 100kΩ C +15V 2kΩ RS 1kΩ VIN VTH 1N4148 1+ RF RS VOUT = VTH + (VIN – VTH) 02 38 0- 01 1 AN-573 图8：求和放大器 图10：可编程高分辨率窗口比较器 图9：自激方波振荡器 图11：精密阈值检测器/放大器 图8显示的是配置为简单求和放大器的OP777。输出为V1 与V2之和。 输入端无箝位二极管 大差分电压能力使器件既可用于整流器电路，也可用于 精密比较器应用。无需使用外部箝位二极管(OP07的片上 器件)；此类二极管通常用于精密运算放大器，对许多比 较器设计而言反而是不利因素。 图9所示的简单振荡器可在1 kHz下针对所示数值提供±VS 的方波输出。其他振荡频率可从下式导出： f = 1/(2R3 × C10 × ln ((R61 + R60)/R61) 可编程窗口比较器能够实现12位精度。DAC8222用于设 置电压上限和下限。 OP777用于构建精密阈值检测器。该电路中，当VIN < VTH 时，放大器摆幅为负，使二极管反向偏置。如果RL =无限 大，则VOUT = VTH。当VIN ≥ VTH时，反馈发生，VOUT = VTH + (VIN − VTH)(1 + RF/RS)。电容C旨在使环路响应更加平滑。 Rev. B | Page 6 of 8 3 2 1/2 OP727 1 2V p-p V– 1/2 OP727 V+ 5V 100kΩ 100kΩ VOUT (HALF-WAVE RECTIFIED) VOUT (FULL-WAVE RECTIFIED) 02 38 0- 01 2 3 2 V– 1/2 OP727 V+ 1VIN 1/2 OP727 1kΩ +15V 30pF D3 1N4148 2kΩ –15V 0V < VOUT < 10V D3 1N4148 1kΩ 02 38 0- 01 3 U3 V– OP777 V+ 1 2.7V TO 30V R9 100kΩ R6 100k 2 3 RLOAD R10 2.7kΩR8 100kΩ C2 10pF C1 10pF R7 97.3kΩ IOUT = 1mA TO 11mA 02 38 0- 01 4 U3 V– 1/2 OP727 V+ 1 R38 10kΩ 2 3 R39 5kΩ 1.67V 5V 0V < VIN < 2.5V U3 1/2 OP727R40 10kΩ R37 10kΩ VOUT Q3 2N2222A/ZTX Q4 2N2222A/ZTX Q6 2N2907 Q5 2N2907 5 V 02 38 0- 01 5 U1 V– OP777 V+ VIN R1 2kΩ R2 2kΩ 2 3 R2 = R2A+R2B R2B 200ΩR5 2kΩ R2A 1.8kΩ VCC VEE 6 RLOAD 7 4 IOUT = VIN/200Ω 02 38 0- 01 6 AN-573 图12：单电源半波和全波整流器 图14：单电源电流源 图13：精密绝对值放大器 图16：双向电流源 图15：H桥 当VIN > 0 V且<2 kHz时，电流不会流经反馈电阻，输出电压 将跟踪输入。VIN < 0 V时，第一个放大器的输出变为0 V(即 −VS)，从而将第二个放大器配置为反相跟随器模式。输出 则变为输入信号的全波整流。从图12所示的电气原理图可 看出，第一个放大器的输出端还可提供信号的半波整流。 轨到轨输出 在轻负载下，输出摆幅可以达到两条供电轨的1 mV范围 内，器件在电压跟随器配置中很稳定。输出端的短路保 护功能采用±15 V分离电源保护电流高达30 mA的器件(采 用5 V单电源可达10 mA)。 负供电轨输入 单电源配置中，放大器可响应低至地电压以上1 mV的信 号。OP7x7系列的单电源供电能力使设计人员在单电源 和双电源应用中均可采用负电源或地电压供电。 OP727的高增益和低TCVOS特性可确保微伏输入信号的精 确运算(参见图13)。在该电路中，输入始终表现为运算 放大器中的共模信号。OP727的CMRR超过120 dB，因此 误差小于2 ppm。 图14显示的是单电源电流源。使用大电阻保持微功耗工 作。输出电流可通过更改R10电阻来调整。顺从电压为 |VL| ≤ |VSAT| − |VS|; IOUT = R2/(R8 × R10) × VS； IOUT = 1 mA至11 mA；R2 = R10 + R7 在单电源应用中，电机或执行器的双向驱动通常使用H桥 来完成(参见图15)。该驱动器能够在两个方向上从0 V至5 V 范围内驱动负载。为了在两个方向上驱动感性负载，请务 必添加二极管箝位，以免电桥遭电感反冲破坏。 图16所示的电流源将正负电流提供至接地负载。请注意， ZOUT = R2B × ((R2A/R1) + 1)/((R2B + R2A)/R1) − R2/R5 为让ZOUT无限大，(R2A + R2B)/R1 = R2/R5。 Rev. B | Page 7 of 8 TIME (400µs/DIV) V O L T A G E ( 5V /D IV ) OUTPUT INPUT VS = ±15VAV = 1 02 38 0- 01 7 OP777/ OP727/ OP747V p-p = 32V 30V 02 38 0- 01 8 V O L T A G E ( 5V /D IV ) VIN VOUT TIME (400µs/DIV) VS = ±15V AV = 1 02 38 0- 01 9 AN-573 图17：无相位翻转 图18：单位增益跟随器 图19：输入电压可超过电源电压而不造成损坏 高出输入端3 V PNP输入级由500 Ω限流电阻提供保护，使得输入电压最高 可比供电轨高3 V，同时不会造成损坏或反相。反相保护功 能适用于有一个或两个输入超出输入共模电压范围的情 况。 无论器件用于单电源还是双电源，其动态性能和噪声特 性都是类似的。2 kΩ负载下的压摆率为200 mV/μs，增益 带宽积为700 kHz。0.1 Hz至10 Hz范围内的峰峰值电压噪 声为0.4 μV，1 kHz下的电压噪声密度为15 nV√Hz。 当然，不同供电轨上的增益特性有很大不同。当输入 失调电流为2 nA时，输入的最大单一温度失调为100 μV， 最大输入偏置电流仅为10 nA。使用5 V单供电轨，CMRR 通常为110 dB，10 kΩ负载下的大信号电压增益通常为 500 V/mV。使用±15 V供电轨，CMRR可以轻松增加10 dB至120 dB，大信号电压增益增加至2500 V/mV。 对于工作电压为±15 V的设计，OP777作为低噪声精密放 大器，提供小型8引脚MSOP封装。OP777也提供8引脚 SOIC表面贴装封装。 该系列对于仪器仪表、远程传感器采集和精密滤波器非 常有用。高电压范围使得这些器件可用于单电源电流源 和大量程仪表放大器。也可同时构建单电源和双电源线 性响应电桥。以上器件非常适合电源控制电路内的低端 电流监控器，因为单电源配置中共模范围可延伸至地。 实现高性能的设计提示 在任何应用中，良好的地平面对实现最佳性能都至关重 要。它可以通过提供低阻抗基准点，明显减少地环路的 不良影响和I × R损失。使用多层电路板设计，并将一层 分配给地平面，可以获得最佳结果。 为了减少高频干扰，防止低频接地环路，使用传感器时 需要采用屏蔽接地技术。电缆屏蔽系统应包括电缆末端 连接器。 许多系统中使用高输出噪声的开关电源。该噪声一般涵 盖一个较宽的频带，随传导和辐射的噪声、干扰电场和 磁场一起出现。开关电源的电压输出噪声为短期电压瞬 态或尖峰，包含易延伸至100 MHz或更高的频率成分。尽 管从均方根噪声角度限定开关电源的规格是供应商习惯 做法，但用户还应限定开关尖峰在个别系统输出负载下 的峰值(或峰峰值)幅度。滤波器内使用电容、电感、铁氧 体磁珠和电阻来降低噪声。也可执行线性后置调节，将 电源电路与敏感模拟电路分离。ADI公司生产多种 anyCAP®低压差线性调节器。例如，用于12 V以下电源的 器件有ADP3300至ADP3310及ADP3335至ADP3339。 Rev. B | Page 8 of 8 ©2002–2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. AN02380-0-3/10(B) AN-573 电容对开关电源而言可能是最重要的滤波器元件。在适合 开关电源的10 kHz至100 MHz频率范围内，滤波器一般可使 用三种电容。电容按一般电介质类型大致分为：电解型、 薄膜型和陶瓷型。有关电容的背景信息和教程，请参考 Walter G. Jung、Richard Marsh所著的《选择电容》(Picking Capacitors)第1、2部分、AUDIO(1980年2月、3月)文章及众 多供应商目录。 贴片电容应当用于电源旁路，将电容一端连接至地平面， 另一端连接在每一电源引脚的⅛英寸距离内。其他较大的钽 电解电容(4.7 μF至10 μF)应并联连接。该电容不需要靠近电 源引脚，它只针对器件输出端的快速大信号变化提供电 流。 使用短而宽的PCB走线，以减小压降并将电感降至最低。每 英寸走线长度使用至少200mil的走线宽度，以获得DCR，使 用1盎司或2盎司铜制PCB走线，以进一步减小IR压降和电 感。 注意不要超过放大器的最大结温或最大功耗额定值。当容 性负载与放大器输出相连时，计算中应包括传递至负载的 均方根交流电流所产生的功耗。 使用短引线或无引线元件，尽可能减小引线电感。这样可 以最大程度地避免增加额外ESL和/或ESR。表贴封装是首 选。使用大面积地平面来实现最小阻抗。注意元件在频 率、电流和温度变化上的表现。 利用供应商元件模型来仿真原型设计，确保实验室测量结 果与仿真相当。SPICE模拟是预测模拟电路性能的强大工 具。ADI公司的大多数IC提供宏模型。SPICE模型可从 OP777产品页面下载。 由于模型中省略了许多实际影响，无法仿真分立器件和PCB 走线的所有寄生影响，因此投入生产前请务必构建/验证原 型。为了确保原型制作成功，精密或高频电路必须使用地 平面。尽可能减小寄生电阻、电容和电感。如果需要插 口，请使用引脚插口(笼式插座)。原型和最终设计中，信号 走线、元件放置、接地和去耦同样重要。常用的原型制作 技术包括：使用点对点线路Freehand“死虫”技术、“焊料贴 装”、来自CAD布局的铣磨PCB、具有额外点对点线路的双 面多层电路板。