低功耗、低噪聲與失真的軌到軌輸出放大器ADA4841-1/ADA4841-2：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，放大器的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天，我們來(lái)深入探討一款備受關(guān)注的放大器——ADA4841-1/ADA4841-2，它在低功耗、低噪聲和失真方面表現(xiàn)出色，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

ADA4841-1/ADA4841-2是單位增益穩(wěn)定、低噪聲和失真的軌到軌輸出放大器，最大靜態(tài)電流為1.5 mA。盡管功耗低，但它們具備出色的寬帶電壓噪聲性能（2.1 nV/√Hz）和電流噪聲（1.4 pA/√Hz），在100 kHz時(shí)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）可達(dá) -105 dBc。此外，在低頻環(huán)境下，其1/f噪聲也很低，10 Hz時(shí)電壓噪聲為7 nV/√Hz，電流噪聲為13 pA/√Hz。輸出可擺動(dòng)至距任一電源軌小于50 mV，輸入共模電壓范圍可延伸至負(fù)電源，能驅(qū)動(dòng)高達(dá)10 pF的容性負(fù)載，且峰值極小。

二、產(chǎn)品特性

（一）低功耗

每放大器僅消耗1.1 mA電流，適合電池供電的設(shè)備，有效延長(zhǎng)設(shè)備續(xù)航時(shí)間。

（二）低噪聲與失真

• 寬帶噪聲：電壓噪聲為2.1 nV/√Hz，電流噪聲為1.4 pA/√Hz，為信號(hào)處理提供干凈的環(huán)境。
• 1/f噪聲：10 Hz時(shí)，電壓噪聲7 nV/√Hz，電流噪聲13 pA/√Hz，確保低頻信號(hào)的準(zhǔn)確性。
• 失真：100 kHz、(V_{0}=2 V p - p)時(shí)，失真低至 -105 dBc，保證信號(hào)的高保真度。

（三）高速性能

• -3 dB帶寬達(dá)80 MHz（G = +1），能快速處理高頻信號(hào)。
• 壓擺率為12 V/μs，可實(shí)現(xiàn)快速信號(hào)轉(zhuǎn)換。
• 0.1%建立時(shí)間為175 ns，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。

（四）低失調(diào)電壓

最大失調(diào)電壓為0.3 mV，減少信號(hào)誤差。

（五）軌到軌輸出

能在低電壓電源下提供最大線性信號(hào)范圍，適應(yīng)不同電源電壓。

（六）電源關(guān)斷功能

進(jìn)一步降低功耗，在不需要放大器工作時(shí)節(jié)省能量。

（七）寬電源范圍

2.7 V至12 V，可靈活適配不同電源系統(tǒng)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）低功耗、低噪聲信號(hào)處理

如音頻處理、傳感器信號(hào)放大等，能有效減少噪聲干擾，提高信號(hào)質(zhì)量。

（二）電池供電的儀器儀表

憑借低功耗特性，延長(zhǎng)儀器的使用時(shí)間，適用于便攜式測(cè)量設(shè)備。

（三）16位PulSAR? ADC驅(qū)動(dòng)

為ADC提供低噪聲、高速度的驅(qū)動(dòng)，確保ADC的高精度轉(zhuǎn)換。

四、技術(shù)原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）放大器設(shè)計(jì)

采用ADI的第二代XFCB工藝制造，輸入級(jí)由未退化的PNP輸入對(duì)驅(qū)動(dòng)對(duì)稱(chēng)折疊共源共柵，實(shí)現(xiàn)低電壓噪聲、低失調(diào)電壓和低失調(diào)漂移。軌到軌輸出級(jí)提供最大線性信號(hào)范圍和電流驅(qū)動(dòng)能力，以滿足低噪聲操作所需的相對(duì)低電阻反饋網(wǎng)絡(luò)。

（二）直流誤差分析

總輸出電壓誤差是放大器失調(diào)電壓和輸入電流引起的誤差之和。通過(guò)合理設(shè)置電阻值，可補(bǔ)償輸入偏置電流引起的電壓誤差。

（三）噪聲考慮

放大器的噪聲貢獻(xiàn)主要包括源電阻噪聲、放大器電壓噪聲和放大器電流噪聲產(chǎn)生的電壓噪聲。對(duì)于源電阻在約200 Ω至30 kΩ之間的情況，放大器的噪聲貢獻(xiàn)相對(duì)較小。建議將反饋電阻值保持在250 Ω至1 kΩ之間，以降低總噪聲。

（四）裕量考慮

設(shè)計(jì)旨在提供16位至18位直流線性度的最大輸入和輸出信號(hào)范圍。輸入級(jí)正極限在室溫下比正電源低約1 V，且隨溫度升高而增加；負(fù)電源側(cè)的信號(hào)裕量受輸出級(jí)限制。

（五）電容驅(qū)動(dòng)

放大器輸出端的電容會(huì)在反饋路徑中產(chǎn)生延遲，可能導(dǎo)致過(guò)度振鈴和振蕩。在放大器輸出和容性負(fù)載之間串聯(lián)一個(gè)小電阻可緩解此問(wèn)題。

（六）輸入保護(hù)

具備ESD保護(hù)功能，能承受2.5 keV的人體模型ESD事件和1 keV的電荷設(shè)備模型事件，且性能無(wú)明顯下降。對(duì)于大差分電壓輸入，需限制輸入鉗位電流，可通過(guò)串聯(lián)適當(dāng)?shù)妮斎腚娮鑼?shí)現(xiàn)。

（七）電源關(guān)斷操作

ADA4841 - 1的電源關(guān)斷引腳未連接時(shí)，輸入PNP晶體管基極通過(guò)內(nèi)部上拉電阻拉高，放大器開(kāi)啟；將電源關(guān)斷引腳拉至比正電源低約1.7 V時(shí)，放大器關(guān)閉，電源電流降至約40 μA。

五、典型應(yīng)用電路

（一）16位ADC驅(qū)動(dòng)

ADA4841 - 1/ADA4841 - 2是低功耗16位ADC（如AD7685）的理想驅(qū)動(dòng)解決方案。在單電源系統(tǒng)中，它能以最低輸出噪聲和與ADC兼容的線性度工作，解決了軌到軌輸入放大器在交叉點(diǎn)附近的非線性問(wèn)題。

（二）重建濾波器

可用于DAC輸出端的重建濾波器，抑制采樣頻率。如圖所示的二階500 kHz Sallen - Key低通濾波器，通過(guò)合理設(shè)置電阻和電容值，可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的有效濾波。

六、布局注意事項(xiàng)

（一）接地平面

避免在ADA4841 - 1/ADA4841 - 2輸入和輸出周?chē)鷧^(qū)域接地，防止雜散電容影響高速放大器性能。

（二）電源旁路

每個(gè)電源引腳與地之間并聯(lián)電容效果最佳。小電容提供良好的高頻響應(yīng)，大電容提供良好的低頻性能。建議使用0.1 μF陶瓷電容（0508封裝）和10 μF電解電容并聯(lián)，根據(jù)電路參數(shù)可適當(dāng)增加電容以?xún)?yōu)化性能。

七、總結(jié)

ADA4841 - 1/ADA4841 - 2以其低功耗、低噪聲和失真、高速等優(yōu)異特性，成為眾多電子設(shè)備設(shè)計(jì)中的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求，合理利用其各項(xiàng)特性，并注意布局和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用這款放大器時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么獨(dú)特的問(wèn)題或解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。