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目錄

6、細節描述

6.1預覽

6.2功能框圖

6.3 特征描述

6.3.1輸入保護

6.3.1 EMI抑制

6.3.3 溫度保護

6.3.4 容性負載和穩定性

6.3.5 共模電壓范圍

6.3.6反相保護

6.3.7 電氣過載

6.3.8 過載恢復

6.3.9 典型規格與分布

6.3.9 散熱焊盤的封裝

6.3.11 Shutdown

6.4 Device Functional Modes

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????????絕對值參數、ESD、溫度特性和引腳定義這些都很簡單這里不再贅述了。

6、細節描述

6.1預覽

????????這里是總覽期間的功能，參數特性那里已經描述過了。

6.2功能框圖

????????與其他運放一樣，總共分第三部分。輸入級、中間級以及輸出級三部分。

????????輸入級由差模放大器和共模抑制電路構成，主要功效為對輸入信號進行差分放大，以降低干擾并提升輸入阻抗。

????????中間級是集成運放電路的核心部件，由多級直接耦合的放大器組成，主要作用是進行放大及頻率補償。

????????輸出級由電壓比較器、級聯放大器和負載驅動器組成，主要作用是將電壓信號轉換為電流信號并對外輸出。

????????如下圖所示中間級（Gain Stage）和輸入級（差分輸入）之間的電路部分：

NCH/PCH Input Stage

• 分別為 N溝道 和 P溝道 輸入級結構（NMOS/PMOS 差分對）。
• 實現軌到軌輸入特性（rail-to-rail input），讓運放在輸入電壓接近供電軌時也能正常工作。
• 運放會根據輸入電壓范圍選擇使用哪個輸入對。

6.3 特征描述

6.3.1輸入保護

????????這個地方是一個亮點，傳統運放為的保護電路一般并聯二極管。但是二極管會對運放的精度產生一定的影響。

????????對于低增益電路， 瞬態輸入信號對背對背二極管進行正向偏置，這會加快輸入電流增加，進而使穩定時間延長。

????????TLV916x系列設計了一個特殊輸入架構消除二極管對電路的影響。詳情見MUX-Friendly Precision Operational Amplifiers。

6.3.1 EMI抑制

????????TLV916x系列內部設計了一個EMI濾波器，可減少EMI輻射。TI已經開發出在 10MHz 至 6GHz 擴展寬頻譜范圍內，準確測量和量化運算放大器抗擾度的功能。 圖6-3為TLV916x測試的結果。 表 6-1 列出了在實際應用中 TLV916x 在常見特定頻率下的 EMIRR IN+ 值。

6.3.3 溫度保護

????????TLV916x的最大結溫為150度。超過此溫度芯片有可能損壞。當芯片超過170度的時候，輸出就會關閉。圖 6-4 展示了 TLV9162 的應用示例，該器件因為其功耗 (0.627W) 而會顯著發熱。熱能計算表明， 當環境溫度為 60°C 時， 器件結溫達到 175°C。不過， 實際器件會關閉輸出驅動來恢復到安全的結溫。在正常工作期間， 器件充當緩沖器， 因此輸出為 5V。當結溫超過內部限制時，過熱保護強制輸出進入高阻抗狀態， 并通過電阻 RL 將輸出拉至接地。如果依舊存在導致過大功耗的狀況， 放大器將在關斷和啟用狀態之間振蕩， 直到輸出故障得到糾正。

6.3.4 容性負載和穩定性

????????運放的容性帶載能力與放大倍數有關，增加增益可增強放大器驅動更大容性負載的能力。小信號過沖與容性負載之間的關系如下圖所示。

????????為了在單位增益配置中獲得額外的驅動能力，通過在輸出中串聯一個小電阻器 RISO 來提高容性負載驅動能力， 如圖 6-7 中所示。 此電阻器可顯著減少振鈴，并保持負載的直流性能。 但是，如果電阻負載與容性負載并聯， 則會產生一個電壓分壓器，從而在輸出端引入增益誤差并略微減小輸出擺幅。引入的誤差與 RISO / RL 的比率成正比， 在低輸出下通常可忽略不計。 高容性負載驅動使 TLV916x 非常適合用于基準緩沖器、 MOSFET 柵極驅動器和電纜屏蔽驅動器等應用。 圖 6-7 中所示的電路采用隔離電阻器 RISO 來穩定運算放大器的輸出。 RISO修改了系統的開環增益， 因而能夠帶來更高的相位裕度。

6.3.5 共模電壓范圍

????????軌對軌輸入范圍是通過并聯互補的 N溝道和 P 溝道差分輸入對實現的。從 (V+) – 1V 到正電源時，Nmos對運行。當輸入電壓為負電源電壓到大約 (V+) – 2V 時，Pmos對處于激活狀態。其轉換區域較小， 通常為 (V+) – 2 V 至 (V+) – 1V 這時兩個輸入對都處于導通狀態。 此轉換區域會隨工藝不同而略有波動。 在此區域內， 與在該區域外運行相比， PSRR、 CMRR、失調電壓、溫漂、噪聲和 THD 性能可能會下降。

6.3.6反相保護

????????超過輸入共模電壓(CM)范圍時，某些運算放大器會發生輸出電壓相位反轉問題。其原因通常是運算放大器的一個內部級不再具有足夠的偏置電壓而關閉，導致輸出電壓擺動到相反電源軌，直到輸入重新回到共模范圍內為止。

????????輸入可能仍然在電源電壓軌內，只不過高于或低于規定的共模限值之一。

6.3.7 電氣過載

????????下圖展示的是運算放大器（Op Amp）在典型應用中的 內部ESD保護電路（ElectroStatic Discharge Protection）等效模型。圖中顯示了輸入、輸出、供電引腳如何通過內部電路被保護，以防止靜電擊穿。

????????EOS全稱電氣過應力（Electrical Over Stress），其表現方式是過壓或者過流產生大量的熱能，燒壞元器件內部。EOS可指所有的過度電型故障，也包括下面要介紹的ESD。

????????ESD全稱靜電放電（Electrical Static Discharge），特指因靜電造成的瞬時燒壞元器件的故障。我們知道靜電雖然持續時間極短，但卻可以產生巨大的電流和電壓，這足以破壞元器件的內部結構。按照定義，ESD本質上仍是電氣過應力故障，故而它可以看做EOS的特例。

????????TI對其進行簡單說明，ESD 事件持續時間非常短，電壓非常高（ 例如，1kV， 100ns），而EOS事件持續時間長，電壓較低（例如，50V，100ms） 。

????????過載恢復的定義是運算放大器輸出從飽和狀態恢復到線性狀態所需的時間。 當輸出電壓由于高輸入電壓或高增益

6.3.8 過載恢復

????????而超過額定工作電壓時， 運算放大器的輸出器件進入飽和區。 器件進入飽和區后， 輸出器件中的電荷載體需要時間返回到線性狀態。 當電荷載體返回到線性狀態時， 器件開始以指定的壓擺率進行轉換。因此， 過載時的傳播延遲等于過載恢復時間與轉換時間的總和。 TLV916x 的過載恢復時間大約為 120ns。

6.3.9 典型規格與分布

????????放大器的每種規格都與理想值存在一定的偏差，例如放大器的輸入失調電壓。這些偏差通常遵循“高斯”分布。

????????對于最小值或最大值列中沒有值的規格，可考慮為應用選擇1σ值的足夠限值空間，并使用該值來設計WCCA。從高斯分布中可以看出，會存在與規格書偏差很大的器件（雖然概率很小），但是TI會從剔除失調電壓超標的器件。

6.3.9 散熱焊盤的封裝

???????? TLV916x 系列帶有一個散熱焊盤，這里需要注意該焊盤主要用于散熱。在使用的時候需要將散熱焊盤浮空或者接到負電源上。但是不能接到大于負電源的網絡上，這樣會引起一個電勢差影響運放的性能。

6.3.11 Shutdown

????????SHDN引腳用于失能運放以降低功耗，功耗大約在36μA 。SHDN的邏輯電平參考負電源。低電平范圍在V– 到V–+0.2V。高電平范圍在V– + 1.1V到 V+。SHDN引腳內部有下拉電阻，失能的時候需要拉高。但是電壓不能超過正電源。

????????SHDN引腳內部是高阻的COMS結構，失能時間大約在5us，失能時間在3us。

6.4 Device Functional Modes

????????TLV916x 具有單一功能模式， 可在電源電壓大于 2.7V (±1.35V) 時工作。 TLV916x 的最大電源電壓為 16V (±8V)。