OPAx316 系列运算放大器特性详析：低功耗、低噪声、高带宽与轨至轨性能
德州仪器（TI）推出的 OPAx316 系列包括单路、双路和四路运算放大器，适用于多种精密模拟信号处理场合。该系列产品集成了轨至轨输入与输出、低功耗运行、高带宽和抗干扰能力等关键优势。
主要特性
- 单位增益带宽：10MHz
- 低工作电流 IQ：每通道 400µA
- 电源电压范围：1.8V 至 5.5V
- 低输入噪声：11nV/√Hz（1kHz）
- 输入偏置电流：±5pA
- 输入失调电压：±0.5mV
- 单位增益稳定
- 集成 RFI/EMI 抑制滤波器
- 停产型号：OPA2316S
- 扩展工作温度范围：-40°C 至 +125°C
典型应用
- 电池供电仪器
- 消费电子、工业设备与医疗仪器
- 便携式设备，如笔记本电脑和媒体播放器
- 传感器信号调理
- 汽车应用
- 条形码扫描系统
- 有源滤波器
- 音频放大器
OPAx316 系列是新一代通用型低功耗运算放大器的代表，适用于广泛的模拟信号处理需求。该系列结合了轨至轨输入/输出、极低的静态工作电流（400µA/通道）、10MHz 增益带宽以及11nV/√Hz的低噪声性能，使其在多种低功耗系统中表现尤为出色。特别是其极低的输入偏置电流（±5pA），非常适合用于高阻抗信号源的应用场景。
该系列器件采用坚固的架构设计，便于系统集成，具备集成的 RFI/EMI 抑制滤波器、高 ESD 抗扰度（最高 4kV HBM）以及在过驱条件下的无反相特性。
OPAx316 在低电压条件下（1.8V 至 5.5V）优化工作性能，是低压 CMOS 运算放大器系列的一部分，与 OPAx313 和 OPAx314 构成互补组合，为工程师提供更灵活的设计选项，以满足多样化的模拟设计需求。
详细技术分析
OPA316 系列作为低功耗轨至轨运算放大器，支持 1.8V 至 5.5V 的电源电压范围，具有单位增益稳定特性，适用于多种通用应用。
该系列采用 AB 类输出结构，能够驱动小于或等于 10kΩ 的负载，并支持连接至任意电源轨之间的负载。其轨至轨输入与输出特性显著扩展了动态范围，尤其在低电压系统中，可作为模数转换器（ADC）的理想驱动器。
2.2 关键性能指标
2.2.1 供电范围
OPAx316 系列可在 1.8V 至 5.5V 的电压范围内稳定运行，且主要电气性能在 -40°C 至 +125°C 的宽温度范围内保持一致。
2.2.2 轨至轨输入结构
该系列输入共模电压范围扩展至超出电源轨 200mV，支持超过 2.5V 的电源系统。其输入结构采用 N 通道与 P 通道差分对的并联方式，使输入在靠近正电源轨时由 N 通道主导，而靠近负电源轨时由 P 通道主导。
在约 (V+) – 1.2V 至 (V+) – 1V 的转换区域，两个输入对同时工作，该区域的宽度可能因制造工艺而变化。在该区域运行时，CMRR、PSRR、失调电压以及 THD 等性能指标会出现下降。
2.2.3 输入与 ESD 保护
所有引脚均内置 ESD 保护电路。输入和输出端通过与电源相连的保护二极管实现过压保护。若输入电流不超过 10mA，该保护机制可防止输入过驱。为限制输入电流，可在信号路径中加入串联电阻，但需注意该电阻将增加系统噪声。
2.2.4 共模抑制比 (CMRR)
CMRR 性能在不同共模电压区间内有所不同。数据手册中提供了三种规格：在低于转换区域的共模电压范围内，CMRR 表征了差分对的性能；在较宽的共模范围内（-0.2V 至 5.7V），CMRR 包括了整个转换区域的性能变化。
2.2.5 EMI 敏感性与输入滤波
OPA316 内置 EMI 抑制滤波器，以降低运算放大器对电磁干扰的敏感性。该滤波器设计为 -3dB 截止频率约为 80MHz，并可同时实现共模与差模滤波。通过 TI 的抗扰度测试，OPAx316 在 10MHz 至 6GHz 频段内表现出优异的 EMI 抗扰性能。
2.2.6 轨至轨输出能力
OPAx316 采用共源结构的 AB 类输出级，以实现完整的轨至轨输出摆幅。在 10kΩ 负载下，输出摆幅通常在电源轨的 30mV 以内。输出性能与负载条件密切相关，详情可参考典型特性曲线。
图4: 输出电压摆幅与输出电流关系
2.2.7 容性负载驱动与稳定性
OPAx316 适用于需要驱动容性负载的应用场景。但需注意，电容与输出阻抗形成反馈极点，可能影响相位裕度。为提高稳定性，可在输出端串接 10Ω 至 20Ω 的小电阻，以降低过冲和振铃。
2.2.8 过载恢复能力
该系列的过载恢复时间为 300ns。当输出进入饱和区时，内部电荷需要时间恢复，随后输出以设定的压摆率恢复线性工作。
2.2.9 DFN 封装特点
OPA2316 采用 DFN（或称 SON）封装，具有底部触点和散热焊盘，适用于高密度 PCB 设计。其低高度（0.9mm）和小尺寸有助于节省空间，并增强散热和电气性能。
注意：DFN 封装的裸露焊盘应连接至最低电源电压（V–）。
3.0 功能模式
OPA316、OPA2316 与 OPA4316 可在电源连接后直接启动，支持单电源或双电源配置。OPA2316S 型号提供 SHDN 引脚，用于控制使能状态，适用于电池供电系统以降低功耗。
SHDN 引脚为 CMOS 高阻抗输入，逻辑高电平启用设备，低电平则关闭。此功能可在需要时大幅降低系统平均电流。