深入解析 onsemi NCS2023x 系列运算放大器

在电子设计领域，运算放大器是不可或缺的基础元件，其性能的优劣直接影响到整个电路的表现。今天，我们就来详细探讨 onsemi 推出的 NCS2023x 系列运算放大器，看看它有哪些独特之处，能为我们的设计带来怎样的便利。

文件下载：onsemi NCS2023x和NCV2023x运算放大器.pdf

产品概述

NCS2023x 系列运算放大器具有宽电源电压范围（2.7 V 至 36 V），输入失调电压低至 ±0.95 mV max，提供单通道、双通道和四通道配置，满足不同应用场景的需求。带有 NCV 前缀的产品为汽车级应用设计，工作温度范围可扩展至 -40°C 至 150°C，其他版本的工作温度范围为 -40°C 至 125°C。

封装选项

引脚配置

产品特性

电气特性

• 输入特性
  • 失调电压（Vos）：在不同电源电压和温度条件下，失调电压表现出色。在 TA = 25°C 时，典型值为 ±0.3 mV，最大值为 ±0.95 mV。在 -40°C 至 150°C 的温度范围内，最大值为 ±1.2 mV。
  • 失调电压温漂（dVos/dT）：在 -40°C 至 125°C 范围内，最大值为 ±2 μV/°C；在 -40°C 至 150°C 范围内，最大值为 ±5 μV/°C。
  • 输入偏置电流（IB）：在 TA = 25°C 时，典型值为 ±5 pA，最大值为 60 pA。在 -40°C 至 125°C 范围内，最大值会有所增加。
  • 输入失调电流（Ios）：同样在不同电源电压和温度条件下有明确的指标，确保输入信号的准确性。
  • 通道隔离度：对于 NCS20232 和 NCS20234，在 2.7 V 至 36 V 的电源电压下，25°C 时通道隔离度典型值为 130 dB，有效减少通道间的干扰。
  • 输入电容（CIN）：IN+ 和 IN- 的输入电容在 2.7 V 和 36 V 电源电压下，25°C 时典型值分别为 1 pF 和 6 pF。
  • 共模抑制比（CMRR）：在不同电源电压和共模电压范围内，CMRR 表现良好。例如，在 VCM = Vss - 0.1 V 至 VDD - 2 V 范围内，2.7 V 电源电压下，25°C 时最小值为 80 dB，典型值为 98 dB。
  • 电磁干扰抑制比（EMIRR）：在 2.7 V 和 36 V 电源电压下，25°C 时可参考图 29 了解其具体性能。
• 输出特性
  • 开环电压增益（AVoL）：在不同电源电压和温度条件下，开环电压增益较高。例如，在 2.7 V 电源电压下，25°C 时最小值为 100 dB，典型值为 115 dB。
  • 开环输出阻抗（ZoUT）：可参考图 28 了解其随频率的变化情况。
  • 输出电压摆幅：包括高电平输出电压摆幅（VDD - VoH）和低电平输出电压摆幅（VoL - Vss），在不同负载电流和温度条件下有明确的指标，确保输出信号的幅度满足要求。
  • 输出电流能力（IoUT）：输出到 VDD 轨的灌电流和输出到 Vss 轨的拉电流在 2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值均为 28 mA。
  • 容性负载驱动能力（CL）：在相位裕度为 35° 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 140 pF。
• 动态性能
  • 增益带宽积（GBWP）：在 CL = 25 pF 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 3 MHz。
  • 增益裕度（Am）：在 CL = 25 pF 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 16 dB。
  • 相位裕度（φm）：在 CL = 25 pF 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 60°。
  • 压摆率（SR）：在单位增益、RL = 2 kΩ 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 4 V/μs。
  • 建立时间（ts）：在不同输入阶跃电压和电源电压下，有明确的建立时间指标，确保输出信号能够快速稳定。
• 噪声性能
  • 总谐波失真 + 噪声（THD + N）：在不同频率、增益和输入信号幅度条件下，THD + N 表现优秀。例如，在 f = 1 kHz，AV = 1，VIN = 0.5 Vpp 时，2.7 V 电源电压下，25°C 时典型值为 0.009%。
  • 电压噪声密度（en）：在 f = 1 kHz 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 20 nV/√Hz。
  • 电流噪声密度（in）：在 f = 1 kHz 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 30 fA/√Hz。
  • 电压噪声峰 - 峰值（epp）：在 fIN = 0.1 Hz 至 10 Hz 时，2.7 V 至 36 V 电源电压下，25°C 时典型值为 700 nVpp。
• 电源特性
  • 电源抑制比（PSRR）：在 Vs = 2.7 V 至 36 V 时，2.7 V 和 36 V 电源电压下，25°C 时最小值为 125 dB，典型值为 138 dB。在 -40°C 至 125°C 和 -40°C 至 150°C 范围内，最小值为 120 dB。
  • 静态电流（IQ）：在无负载时，每个通道的静态电流在不同电源电压和温度条件下有明确指标。例如，在 2.7 V 和 5 V 电源电压下，25°C 时典型值为 0.37 mA，最大值为 0.595 mA。

典型特性

文档中提供了一系列典型特性曲线，如输入失调电压分布、输入失调电压温漂分布、开环增益和相位与频率的关系、CMRR 与频率的关系等。这些曲线有助于我们更直观地了解该系列运算放大器在不同条件下的性能表现，为实际设计提供参考。

应用信息

• 输入和 ESD 结构：NCS20231 系列放大器采用背对背齐纳二极管结构，允许差分电压高达 ±5 V 时正常工作。当差分电压超过此值，最高可达 ±VS，但会增加输入泄漏电流。输入引脚串联内部限流电阻，在差分电压高达 ±36 V 时，可将电流限制在 ±10 mA 以内，保护器件安全。每个输入引脚通过二极管钳位到电源轨，输入过压时，需将输入电流限制在 ±10 mA 以内，防止过大电流损坏器件。
• 轨到轨性能：该系列运算放大器的共模输入电压范围可超出电源轨 100 mV。在 VSS - 0.1 V 至 VDD - 2 V 的共模电压范围内，可实现高精度性能。输入共模范围可进一步扩展至 VDD + 0.1 V，以确保在电源轨附近的功能正常，但在该区域精度会有所下降。此外，NCS2023x 不会出现输出相位反转现象，当输入共模电压超出推荐范围时，输出会被限制在输出电压摆幅内。

封装与订购信息

封装形式

该系列运算放大器提供多种封装形式，包括 SC - 88A（SC - 70 - 5/SOT - 353）、SOT - 553、UDFN8、SOIC - 8 NB、SOIC - 14 NB 和 TSSOP - 14 WB 等。每种封装都有详细的机械尺寸和推荐焊接 footprint 信息，方便我们进行 PCB 设计。

订购信息

根据不同的温度范围、通道数和封装形式，提供了详细的订购型号和标记信息。例如，工业和商业级产品在 -40°C 至 125°C 温度范围内，单通道 TSOP - 5 封装的型号为 NCS20231SN2T1G，标记为 AAC，每卷数量为 3000 个。汽车级合格产品在 -40°C 至 150°C 温度范围内也有相应的型号可供选择。

总结

onsemi 的 NCS2023x 系列运算放大器凭借其宽电源电压范围、低输入失调电压、良好的电气性能和丰富的封装选择，适用于多种应用场景，如电信设备、电源设计、柴油喷射控制、汽车和电机控制等。在实际设计中，我们可以根据具体需求选择合适的通道数、封装形式和工作温度范围，充分发挥该系列运算放大器的优势。同时，通过参考文档中的典型特性曲线和应用信息，能够更好地优化电路设计，提高系统性能。

你在使用运算放大器时，是否也遇到过一些挑战？你会如何选择适合的运算放大器呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。