Onsemi零漂移运算放大器NCS21871/2/4系列：小身材大作用

引言

在电子设备设计中，运算放大器是实现信号处理和控制的关键组件。Onsemi的NCS21871、NCS21872和NCS21874系列零漂移运算放大器，以其出色的性能和灵活的配置，在多个应用领域中展示出了强大的威力。以下将详细介绍这一系列运算放大器的特点、性能参数、典型应用以及使用时的注意事项。

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产品概述

NCS21871、NCS21872和NCS21874系列零漂移运算放大器，在1.8V至5.5V的电源电压范围内，具有低至45μV的失调电压，且零漂移架构将失调漂移降低至0.4μV/°C，能够在时间和温度变化时实现高精度测量。该系列功耗低、动态范围宽，且采用节省空间的封装形式，适用于便携式、工业、汽车、医疗和消费市场的信号调理电路。

产品特性

性能参数出色

1. 增益带宽乘积：270kHz到350kHz，能够满足不同频率信号处理的需求。
2. 低电源电流：在3.3V时典型值为17μA，有助于降低功耗，延长设备的电池续航时间。
3. 低失调电压：最大45μV，确保信号处理的高精度。
4. 低失调漂移：最大0.4μV/°C，减少了温度变化对性能的影响。
5. 宽电源范围：1.8V至5.5V，适应不同的电源供电条件。
6. 宽温度范围：-40°C至+125°C，可在恶劣环境下稳定工作。
7. 轨到轨输入和输出：能够充分利用电源电压范围，提高信号处理的动态范围。

封装形式多样

提供单通道、双通道和四通道配置，并且有多种封装可供选择，如SOT23 - 5、SC70 - 5、UDFN8、MSOP - 8、SOIC - 8、SOIC - 14、TSSOP - 14等，方便不同应用场景下的布局设计。

汽车级应用支持

带有NCV前缀的产品适用于汽车和其他有独特场地和控制变更要求的应用，符合AEC - Q100标准并具备PPAP能力。

电气特性分析

输入特性

在VS = +5V时，失调电压最大为45μV；失调电压随温度的漂移最大为0.4μV/°C；失调电压随电源的漂移在TA = +25°C时最大为8μV/V。输入偏置电流在TA = +25°C时典型值为±60pA，全温度范围最大为400pA；输入失调电流在TA = +25°C时典型值为±50pA，全温度范围最大为800pA。共模抑制比在不同电源电压下表现良好，如VS = 1.8V时为111dB，VS = 3.3V时为118dB等。

输出特性

开环电压增益在VSS + 100mV < VO < VDD - 100mV时为106 - 145dB；输出电压高（参考VDD）在TA = +25°C时为10 - 80mV，全温度范围最大为80mV；输出电压低（参考VSS）在TA = +25°C时为10 - 80mV，全温度范围最大为80mV。输出灌电流典型值为11mA，拉电流典型值为5.0mA。

噪声性能

电压噪声密度在fIN = 1kHz时为62nV/√Hz；0.1Hz至10Hz的电压噪声为1.1μVPP；电流噪声密度在fIN = 10Hz时为350fA/√Hz。通道分离度在NCS21872和NCS21874中为135dB。

动态性能

增益带宽乘积在CL = 100pF时，NCS21871和NCS21874为350kHz，NCS21872为270kHz；增益裕度在CL = 100pF时为18dB；相位裕度在CL = 100pF时为55°；压摆率在G = 1，VDD = 5.5V时为0.1V/μs，G = 1，VDD = 1.8V时为0.05V/μs。

电源特性

电源抑制比在TA = +25°C时为106 - 130dB，全温度范围为98dB；开启时间在VS = 5V时为100μs。静态电流在1.8V ≤ VS ≤ 3.3V时为20 - 40μA，3.3V < VS ≤ 5.5V时为28 - 45μA。

典型应用

低侧电流传感

低侧电流传感用于监测负载电流，可检测过流情况并常用于反馈控制。在电路中，将一个感测电阻与负载串联接地，通常感测电阻值小于100mΩ以减少电阻上的功率损耗。运算放大器通过外部电阻R1、R2、R3和R4（其中R1 = R2，R3 = R4）设置增益，对感测电阻上的电压降进行放大。为了实现高精度测量，需要使用精密电阻，并设置增益以充分利用ADC的满量程，从而获得最高分辨率。

桥接电路差分放大器

测量应变、压力和温度的传感器通常采用惠斯通电桥电路。在测量过程中，产生的电压变化相对较小，需要在进入ADC之前进行放大。由于这些应用对增益、噪声和失调电压要求较高，因此推荐使用精密放大器。

电磁干扰（EMI）抑制

运算放大器对EMI的敏感度不同，半导体结可能会拾取并整流EMI信号，导致输出端出现EMI感应电压偏移，增加总误差。输入引脚对EMI最为敏感，NCS21871系列运算放大器集成了低通滤波器，以降低对EMI的敏感度。

设计建议

PCB布局

为确保设备性能最佳，应遵循良好的PCB设计原则。将0.1μF去耦电容尽可能靠近电源引脚放置，缩短走线长度，使用接地平面，选择表面贴装元件，并将元件尽可能靠近设备引脚。这些措施可以减少电磁干扰（EMI）的影响。

热电效应处理

热电效应可能会在输入引脚产生额外的温度相关失调电压。为减少这种影响，应使用低热电系数的金属，并避免热源或冷却风扇造成的温度梯度。

UDFN8封装注意事项

UDFN8封装底部有一个暴露的引线框架管芯焊盘，应将其焊接到PCB上。中心焊盘可以电气连接到VSS，也可以浮空。连接到VSS时，中心焊盘可作为散热片，改善器件的热阻。

总结

Onsemi的NCS21871、NCS21872和NCS21874系列零漂移运算放大器以其低失调电压、低失调漂移、宽电源范围和良好的动态性能，为电子工程师在设计高精度信号调理电路时提供了一个可靠的选择。在实际应用中，合理选择封装形式、注意PCB布局和热电效应处理，能够充分发挥该系列运算放大器的优势，满足不同领域的设计需求。你在使用这类运算放大器时，是否也遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。