SGM8051/2/3/4/5系列高速运算放大器应用指南与典型电路

时间： 2019-08-09 来源：SGMICRO

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世强代理的SGMICRO（圣邦微电子）是一家专注于高性能、高品质模拟集成电路研发的半导体公司。SGMICRO推出的SGM8051/3（单通道），SGM8052/5（双通道）和SGM8054（四通道）是低成本、高速、轨到轨输出的电压反馈型运算放大器。它们有广泛的应用场景，如成像仪、光电二极管前置放大器、专业相机、DVD/CD、基站和滤波器等。

本文作为一篇关于SGM8051/2/3/4/5这五款运放的应用指南，将从电压反馈型运放基本性质、驱动容性负载方法、电源去耦和布局、接地平面、输入输出耦合和典型应用电路这六个方面，介绍如何在应用时使其发挥出最好的性能。

电压反馈型运放基本性质

SGM805x系列是电压反馈型运放，它们的一个基本性质为闭环增益和闭环带宽的乘积为常数。增益变化时，带宽也会相应变化，如图1所示。因此在应用SGM805x系列运放时，应综合考虑增益和带宽，对照数据手册选取合适的参数。

图1、不同增益对应的频率响应曲线

驱动容性负载

SGM805x系列运放针对带宽和速度进行了优化，而非用于驱动容性负载。输出端电容将在放大器的反馈环路中产生极点，从而导致过大的尖峰和潜在的振荡。如果要驱动容性负载，可采用两个方法：（1）在运放输出和负载电容间串联小电阻；（2）通过增加放大器的整体噪声增益来减小反馈环路的带宽。图2所示电路，采用了方法（1）来驱动容性负载。

图2、串联电阻隔离容性负载

电源去耦和布局

SGM805x系列运放采用2.7V至5.5V单电源或±1.35V至±2.75V双电源供电。无论采用单电源还是双电源，电源引脚都应使用单独的0.1uF陶瓷电容旁路至地，可添加2.2uF钽电容以获得更好的去耦效果。如图3所示。

良好的版图布局可以降低放大器输入和输出端的寄到生电容，达优化性能的目的。需注意三点：（1）外部元件尽可能靠近放大器放置，可以减少寄生电容；（2）最大限度地缩短走线长度和宽度；（3）尽可能使用表面贴装元件。

对于高速运算放大器，强烈建议直接将器件焊接到电路板上。尽量保证高频电流回路面积小，以尽量减少EMI（电磁干扰）。

图3、带去耦电容的放大器

接地平面

高速电路中接地平面的设计很重要。感性接地回路中电流路径太长，将产生不期望的电压噪声。宽的接地平面将减小寄生电感。因此，接地面应设计为一片宽度足够且完整的平面，电流回路应尽量短。

输入到输出耦合

为了使耦合电容最小，输入和输出信号线不应平行。这有助于消除不必要的正反馈，避免放大器的自激振荡。

典型应用电路

（1）差分放大器

图4所示为差分放大器电路。如果电阻比值相等（R4/R3=R2/R1），则VOUT=（VP-VN）×R2/R1+VREF。差分放大器的特征在于除去同相成分的功能。利用同相成分增益小的性质，非常有助于区别信号和噪声，进而控制并减少噪声。精密仪表放大器中常常采用差分结构。

图4、差分放大器

（2）有源低通滤波器

图5所示的低通滤波器的直流增益为（-R2/R1），-3dB截止频率为1/2πR2C。在应用运放设计有源滤波器时应注意：a、确保滤波器带宽在放大器的带宽范围内；b、取值较大的反馈电阻可能与寄生电容耦合引起不期望的效应，例如高速运放中的振铃或振荡；c、保证电阻值尽可能低并且与输出负载值一致。

图5、有源低通滤波器

（3）视频驱动器

SGM805x系列可用于视频应用，如图6所示。由于视频电缆的特征阻抗为75Ω，在放大器的输出串联75Ω电阻，与视频电缆阻抗匹配。

图6、典型视频驱动电路

结论

本文详细论述了应用高速运算放大器SGM805x系列的关键问题，可以总结为以下几点：

（1）电压反馈型运放的闭环增益和闭环带宽的乘积为常数；

（2）驱动容性负载时，在输出和负载间串联小电阻或减小反馈环路的带宽；

（3）电源引脚应加去耦电容，版图布局走线应尽量减小寄生电容；

（4）接地平面宽度足够，电流回路尽量短；

（5）输入和输出信号线不应平行；

（6）典型应用电路有差分放大器、有源滤波器和视频驱动器。

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