低电压高精度低噪声运算放大器AD8656／AD8655及其应用

0 引言

AD8656／AD8655是一种电压反馈、轨一轨输入输出的精密CMOS放大器。AD8656是AD8655的双放大器版本，它们采用+2.7～+5.5 V低电源电压供电，并具有很好的低噪声性能，因此非常适用于各种工业、通信、消费类和医学设备。由于AD8656／AD8655采用了ADI公司的DigiTrim封装内数字微调技术，因此无需依靠系统调节便可达到高精度的要求。AD8656／AD8655具有低失真和快速建立时间等特性，能驱动诸如AD7685这样的高精度模数转换器，以满足工业和仪器仪表(比如数据采集和测试设备系统)应用中的高精度需要。AD8656／AD8655在很多音频设备中都能发挥其性能优势(比如话筒前置放大和混合音响等)。该放大器的低噪声、低失真和高输出电流能力能减弱系统噪声，保证音频的保真度，从而改善音频设备的性能。AD8656／AD8655的高精度和轨一轨输入输出特点特别适合应用在数据采集、工程控制和PLL滤波器中。

1 AD8656／AD8655的特点和功能

AD8656／AD8655具有以下主要特点：

◇低燥声：10 kHz处可提供的低电压噪声谱密度；

◇低失调电压：满共模电压(VCM)范围内可提供250μV的精密失调电压最大值；

◇失调电压漂移典型值为0.4 μV／℃，最大值为2.3μV／℃；

◇带宽为28 MHz；

◇具有满电源摆幅(R-R)输入和输出能力；

◇工作电压为+2.7～+5.5 V；

◇温度范围为-40℃～+125℃。

AD8656／AD8655的引脚排列如图1所示，其管脚功能见表1所列。

2 AD8656／AD8655的工作原理

AD8656／AD8655是一种精密CMOS放大器，可采用+2.7～+5.5 V低电源电压供电。该放大器运用了AD公司的DigiTrim技术，故可达到很高的精度水平。DigiTrim是一种封装内数字微调技术，这种封装内数字微调的优点是能校正流水线生产过程中的机械应力产生的偏移电压。

AD8656／AD8655采用常规引脚排列方式，能够很方便地替代以往的同类放大器。该放大器的输入级是真正的轨一轨结构，这一结构使该放大器的输入共模电压范围可达到、甚至超出了正、负供电电源的范围。AD8656／AD8655在负载为10kΩ时的标准开环增益是110 dB。

3 外部电路

　　3.1 输入过压保护

AD8656／AD8655内含保护回路，可在每个放大器的输入端电压高于规定值0.3 V以上时应用电阻进行限流，以保证输入电流不超过5 mA。

AD8656／AD8655具有极低的输入偏置电流，可以使用较大的电阻在输入端得到更高的电压。但使用大电阻会增加放大器总的输出电压噪声。比如，在室温环境中，一个10 kΩ的电阻可能会产生的热噪声和10 nV的误差电压。

3.2 输入电容

除了适当的旁路和接地外，高速放大器对地和输入端之间的分布电容的变化也很敏感。在接有阻抗反馈的电路中，电路中的电容(包括电源电容，输入引脚的吸收电容和放大器输入电容)会使电路产生噪声增益，这时可以用电容与电阻的并联电路来保持系统的稳定性。在利用反馈电容抑制二阶系统谐振峰峰值的大小时，电路的噪声增益是由高频信号的频率和频响尖峰决定的。输入高频信号时，几皮法大小的电容接在输入端就会导致输入阻抗减小，并使放大器增益增大，从而引起电路产生自激振荡。因此，使用AD8656／AD8655时，为了减小附加极点。保证系统的稳定性，应从输出端直接引入反馈到输入端，并选用大于200 pF的容性负载。

3.3 驱动电容负载

虽然AD8656／AD8655能够驱动大到500 pF的电容而不产生振荡。但当输入信号频率大于100kHz时，它会产生振铃。尤其是在单位增益放大的情况下，最容易产生振铃。因此，当需要使用较大电容时，推荐使用外部补偿的方法来减小过冲，以把振铃降到最低，从而改善AD8656／AD8655驱动较大容性负载时的稳定性，其补偿电路如图2所示。设计时可以用普通的RC网络来组成一种简单的补偿电路。合适地运用这一电路不但可以保持输出信号的振幅，稳定放大器的增益，还可以减弱不止30％的过冲，并可以清除振铃。但是，需要注意地是，使用补偿电路并不能弥补由大容性负载引起的带宽变窄。

3.4 谐波误差和共模电压

当AD8656／AD8655的负载为l kΩ时，其总谐波失真低于0.0007％。这一失真是电路结构、供电电压、版面布局和其它诸因素共同引起的。图3所示是一种谐波误差测试电路。

4 应用电路

　　4.1 D／A转换器的输出运放电路

图4是用AD8656组成的四象限乘法电路。该电路中，模数转换器AD5544的输出电流通过一片AD8656来实现两级放大，从而减少了制版面积。电路中的基准电压源AD588可提供10 V基准电压。以用于补偿运放的输入偏置。两级放大电路的总增益为2，其输出电压VOUT可