отправка...Новые операционные усилители Texas Instruments с «нулевым» температурным дрейфом
Введение
В этой статье представлены три новые микросхемы семейства OPAx333 и новейшее семейство микросхем OPAx188. Параметры новых операционных усилителей компании Texas Instruments сравниваются с параметрами усилителей LMP2021/LMP2022, которые были разработаны компанией National Semiconductor в 2008 году, но и сегодня по ряду характеристик являются одними из лучших усилителей класса Zero-Drift на мировом рынке электронных компонентов [2].
Главные достоинства всех операционных усилителей, о которых идет речь в статье, — это низкое напряжение смещения и очень низкий температурный дрейф напряжения смещения. Такие характеристики достигаются благодаря использованию встроенной автоматической коррекции напряжения смещения, что позволяет уменьшить как само напряжение смещения, так и его температурный и временной дрейф, а также приводит к подавлению фликкер-шума усилителя.
Новые микросхемы семейства OPAx333
Операционные усилители семейства OPAx333 знакомы разработчикам электронной аппаратуры с 2007 года, когда были выпущены первые представители этого семейства — одиночный усилитель OPA333 и сдвоенный усилитель OPA2333. Эти устройства, оптимизированные для приложений с низковольтным однополярным питанием, входят в число лучших операционных усилителей класса Zero-Drift.
В 2010 году семейство OPAx333 пополнилось тремя новыми микросхемами: OPA333-Q1, OPA2333-Q1 и OPA2333-HT. Одиночный OPA333-Q1 и сдвоенный OPA2333-Q1 усилители сертифицированы для применения в автомобильной электронике, а сдвоенный усилитель OPA2333-HT имеет самый широкий (в своем классе электронных компонентов) рабочий температурный диапазон, благодаря чему он может найти применение в электронной аппаратуре, предназначенной для экстремально жестких условий эксплуатации, например на буровых станциях.
Типовые параметры новых усилителей OPA333-Q1, OPA2333-Q1 и OPA2333-HT при температуре окружающей среды +25 °C не отличаются ни друг от друга, ни от типовых параметров микросхем OPA333 и OPA2333: напряжение смещения равно 2 мкВ, а температурный дрейф напряжения смещения составляет 20 нВ/°C (табл. 1).
Таблица 1. Параметры операционных усилителей класса Zero-Drift (VS = 5 В, VCM = VS/2, TA = 25 °C)
| Параметр | Тип микросхемы | |||
|
OPA333-Q1 OPA2333-Q1 |
OPA2333-HT |
OPA188 OPA2188 OPA4188 |
LMP2021 LMP2022 |
|
| Количество каналов | 1; 2 | 2 | 1; 2; 4 | 1; 2 |
| Напряжение смещения (тип.), мкВ | 2 | 2 | 6 | 0,4 |
| Напряжение смещения (max), мкВ | 10 | 10 | 25 | 5 |
| Температурный дрейф напряжения смещения (тип.), нВ/°C | 20 | 20 | 30 | 4 |
| Температурный дрейф напряжения смещения (max), нВ/°C | 40 | 40 | 85 | 20 |
| Входной ток (тип.), пА | 70 | 70 | 160 | 25 |
| Входной ток (max), пА | 200 | 200 | 850 | 100 |
| Разность входных токов (тип.), пА | 140 | 140 | 320 | 48 |
| Разность входных токов (max), пА | 400 | 400 | 1700 | 200 |
| Плотность шума на частоте 1 кГц (тип.), нВ/√Гц | 55 | 55 | 8,8 | 11 |
| Размах шумового напряжения в полосе частот от 0,1 до 10 Гц (тип.), мкВ | 1,1 | 1,1 | 0,25 | 0,26 |
| Коэффициент усиления без обратной связи (тип.), дБ | 130 | 130 | 136 | 160 |
| Коэффициент ослабления синфазного сигнала (тип.), дБ | 130 | 130 | 134 | 139 |
| Полоса пропускания (тип.), МГц | 0,35 | 0,35 | 2 | 5 |
| Скорость нарастания выходного напряжения (тип.), В/мкс | 0,16 | 0,16 | 0,8 | 2,6 |
| Rail-to-Rail вход/выход | Да | Да | Выход | Выход |
| Рабочий температурный диапазон, °C | –40…+125 |
–55…+175 –55…+210 |
–40…+105 | –40…+125 |
| Напряжение питания, В | 1,8–5,5 | 1,8–5,5 | 4–36 | 2,2–5,5 |
|
Собственный потребляемый ток (тип.), мкА/канал |
17 | 17 | 415 | 1100 |
| Тип корпуса одиночного усилителя | SOT23-5 | – |
SOT23-5 SO-8 MSOP-8 |
SOT23-5 SO-8 |
| Тип корпуса сдвоенного усилителя |
SO-8 MSOP-8 |
SO-8 CFP-8 CDIP SB-8 |
SO-8 MSOP-8 |
SO-8 MSOP-8 |
| Тип корпуса счетверенного усилителя | – | – |
SO-14 TSSOP-14 |
– |
Примечание. VS — напряжение питания микросхемы; VCM — синфазное входное напряжение; TA — температура окружающей среды.
В температурном диапазоне от –40 до +125 °C напряжение смещения всех трех новых усилителей не превышает 22 мкВ, а проведенные производителем испытания на долговечность при температуре +150 °C показали, что напряжение смещения изменяется приблизительно на 1 мкВ за 300 ч [3].
К достоинствам микросхем семейства OPAx333 следует отнести низкое напряжение питания — от 1,8 В при однополярном или от ±0,9 В при двухполярном питании, а также очень низкий потребляемый ток, типовое значение которого равно 17 мкА, а максимальное значение — 25 мкА на один усилитель. Кроме того, все усилители семейства OPAx333 относятся к типу Rail-to-Rail, причем как по выходу, так и по входу.
По всем остальным электрическим, шумовым, динамическим и эксплуатационным характеристикам усилители семейства OPAx333 уступают LMP2021/LMP2022 (см. табл. 1). Исключением является усилитель OPA2333-HT, имеющий сверхширокий рабочий температурный диапазон.
В настоящее время усилители OPA2333-HT выпускаются в двух типах керамических корпусов (CFP и CDIP SB) с рабочим температурным диапазоном от –55 до +210 °C. Анонсирован, но пока недоступен для заказа еще один вариант исполнения — в пластмассовом корпусе SO с рабочим температурным диапазоном от –55 до +175 °C.
Усилители OPA2333-HT отличаются не только уникальным рабочим температурным диапазоном, но и высокой температурной стабильностью напряжения смещения и низкой чувствительностью напряжения смещения к напряжению питания микросхемы (таблица 2). Например, при увеличении температуры окружающей среды с +125 до +210 °C максимальное напряжение смещения возрастает с 22 до 26 мкВ, а типовая чувствительность напряжения смещения к напряжению питания увеличивается с 1 до 1,7 мкВ/В.
Таблица 2. Зависимость параметров операционных усилителей OPA2333-HT от температуры окружающей среды (VS = 1,8–5,5 В, VCM = VS/2, TA = 25 °C)
| Параметр | Температура окружающей среды, °C | ||
| –55…+125 | –55…+175 | –55…+210 | |
| Напряжение смещения (max), мкВ | 22 | 26 | 26 |
| Температурный дрейф напряжения смещения (тип.), нВ/°C | 20 | 50 | 50 |
| Чувствительность напряжения смещения к напряжению питания (тип.), мкВ/В | 1 | 1,2 | 1,7 |
| Чувствительность напряжения смещения к напряжению питания (max), мкВ/В | 6 | 8 | 11 |
| Входной ток (тип.), пА | 150 | 1250 | 5300 |
| Размах шумового напряжения в полосе частот от 0,01 до 1 Гц (тип.), мкВ | 0,3 | 1,0 | 1,0 |
| Размах шумового напряжения в полосе частот от 0,1 до 10 Гц (тип.), мкВ | 1,1 | 1,5 | 1,5 |
| Коэффициент усиления без обратной связи (тип.), дБ | 130 | 110 | 93 |
| Коэффициент ослабления синфазного сигнала (тип.), дБ | 130 | 101 | 91 |
| Полоса пропускания (тип.), МГц | 0,35 | 0,35 | 0,35 |
| Скорость нарастания выходного напряжения (тип.), В/мкс | 0,16 | 0,25 | 0,25 |
| Собственный потребляемый ток (тип.), мкА/канал | 30 | 40 | 80 |
Все остальные параметры усилителей OPA2333-HT, кроме полосы пропускания, в той или иной степени ухудшаются с увеличением температуры окружающей среды. Сильнее всего изменяются входные токи, коэффициент усиления и коэффициент ослабления синфазного сигнала (табл. 2), что в принципе свойственно большинству операционных усилителей.
Малошумящие операционные усилители семейства OPAx188
В состав семейства OPAx188 входят 3 микросхемы: одиночный операционный усилитель OPA188, сдвоенный усилитель OPA2188 и счетверенный усилитель OPA4188. По данным на конец августа 2011 года, серийно выпускается только сдвоенный усилитель. Одиночный и счетверенный усилители пока недоступны для заказа даже как образцы.
Усилители семейства OPAx188 имеют рабочий температурный диапазон от –40 до +105 °C, и по этому показателю они уступают всем остальным усилителям, представленным в этой статье. Согласно технической документации производителя [3], микросхемы OPAx188 сохраняют работоспособность при температуре окружающей среды от –55 до +125 °C и температуре кристалла до +150 °C, но для температур окружающей среды, выходящих за пределы рабочего температурного диапазона, параметры усилителей не нормированы.
К достоинствам усилителей семейства OPAx188 в первую очередь следует отнести хорошие шумовые характеристики (рис. 1), которые даже лучше, чем у LMP2021/LMP2022 (табл. 1 и рис. 1). Кроме того, усилители OPAx188 могут работать при напряжении питания от 4 до 36 В или от ±2 до ±18 В и потребляют сравнительно небольшой ток — не более 525 мкА/канал в рабочем температурном диапазоне [3].
Рис. 1. Шум операционного усилителя OPAx188 в полосе частот от 0,1 до 10 Гц
Еще об одном свойстве OPAx188 следует упомянуть отдельно. Эти усилители, так же как и LMP2021/LMP2022, имеют встроенные фильтры, предназначенные для подавления высокочастотных электромагнитных помех. На рис. 2 приведен график зависимости коэффициента ослабления помехи (EMIRR) от частоты для случая, когда помеха поступает на неинвертирующий вход (IN+) усилителя OPAx188, включенного по схеме неинвертирующего повторителя напряжения. На графике видно, что усилитель эффективно подавляет помехи нормального вида в полосе частот от 10 МГц до нескольких ГГц, то есть на тех частотах, на которых работают широко распространенные беспроводные устройства. В полосе частот приблизительно от 2 до 5 ГГц значение коэффициента подавления помех превышает 100 дБ, что выше, чем у усилителей LMP2021/LMP2022, у которых типовое значение EMIRR равно 82 дБ на частоте 2,4 МГц [2].
Рис. 2. Зависимость коэффициента ослабления электромагнитных помех (EMIRR IN+) от частоты для операционного усилителя OPAx188
В следующих статьях мы продолжим рассказ о достижениях компании Texas Instruments в области аналоговой микроэлектроники.
Литература
- Иванов Д. Последние разработки компании Texas Instruments в области аналоговой электроники. Операционные усилители // Компоненты и технологии. 2011. № 3.
- Иванов Д. Операционные усилители с «нулевым» температурным дрейфом // Компоненты и технологии. 2009. № 6.
- Справочно-информационный портал компании Texas Instruments: http://www.ti.com/ww/ru
18 августа, 2022