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  • THS3001 420MHz 高速电流反馈放大器

    • ZHCSSZ0I July   1998  – December 2024 THS3001

      PRODUCTION DATA  

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  • THS3001 420MHz 高速电流反馈放大器
  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 引脚配置和功能
  6. 5 规格
    1. 5.1 绝对最大额定值
    2. 5.2 ESD 等级
    3. 5.3 建议运行条件
    4. 5.4 热性能信息
    5. 5.5 电气特性
    6. 5.6 典型特性
  7. 6 详细说明
    1. 6.1 概述
    2. 6.2 功能方框图
    3. 6.3 器件功能模式
  8. 7 应用和实施
    1. 7.1 应用信息
      1. 7.1.1 建议的反馈和增益电阻值
      2. 7.1.2 噪声计算
      3. 7.1.3 压摆率
      4. 7.1.4 失调电压
    2. 7.2 典型应用
      1. 7.2.1 一般配置
      2. 7.2.2 驱动容性负载
    3. 7.3 电源相关建议
    4. 7.4 布局
      1. 7.4.1 布局指南
        1. 7.4.1.1 PCB 设计注意事项
        2. 7.4.1.2 散热注意事项
  9. 8 器件和文档支持
    1. 8.1 器件支持
      1. 8.1.1 评估板
    2. 8.2 接收文档更新通知
    3. 8.3 支持资源
    4. 8.4 商标
    5. 8.5 静电放电警告
    6. 8.6 术语表
  10. 9 修订历史记录
  11. 10机械、封装和可订购信息
  12. 重要声明
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Data Sheet

THS3001 420MHz 高速电流反馈放大器

本资源的原文使用英文撰写。 为方便起见，TI 提供了译文；由于翻译过程中可能使用了自动化工具，TI 不保证译文的准确性。 为确认准确性，请务必访问 ti.com 参考最新的英文版本（控制文档）。

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1 特性

  • 高速：
    • 420MHz 带宽（G = 1，–3dB）
    • 6500V/μs 压摆率
    • 40ns 稳定时间 (0.1%)
  • 高输出驱动：IO = 100mA
  • 出色的视频性能
    • 115MHz 带宽（0.1dB，G = 2）
    • 差分增益为 0.01%
    • 0.02° 差分相位
  • 3mV（最大值）低输入失调电压
  • 极低失真：
    • f = 1MHz 时为 THD = –96dBc
    • f = 10MHz 时为 THD = –80dBc
  • 宽电压范围的电源：
    • VCC = ±4.5V 至 ±16V
  • 提供评估模块

2 应用

  • 通信
  • 成像
  • 高质视频

3 说明

THS3001 是一款高速电流反馈运算放大器，此放大器非常适合于通信、成像、和高质量视频应用。这个器件为要求出色瞬态响应的大信号应用提供 6500V/μs 极快压摆率、420MHz 带宽和 40ns 稳定时间。此外，THS3001 以 –96dBc 的极低失真运行，这使得该器件非常适合无线通信基站、超快 ADC 或 DAC 缓冲器等应用。

封装信息
器件型号 封装(1) 封装尺寸(2)
THS3001 D（SOIC，8） 4.9mm × 6mm
DGN（HVSSOP，8） 3mm × 4.9mm
(1) 有关更多信息，请参阅节 10。
(2) 封装尺寸（长 × 宽）为标称值，并包括引脚（如适用）。
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THS6012 500mA CFB 高速放大器
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THS3001 谐波失真与频率间的关系谐波失真与频率间的关系
THS3001 输出幅度与频率间的关系输出幅度与频率间的关系

4 引脚配置和功能

图 4-1 THS3001：D 封装 8 引脚 SOIC 或 DGN 封装 8 引脚 HVSSOP（顶视图）
表 4-1 引脚功能
引脚 类型 说明
编号 名称
1 NC — 无内部连接
2 IN– 输入 反相输入
3 IN+ 输入 同相输入
4 VCC– 输入 负电源连接
5 NC — 无内部连接
6 OUT 输出 放大器输出
7 VCC+ 输入 正电源连接
8 NC — 无内部连接

5 规格

5.1 绝对最大额定值

在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）(1)
最小值 最大值 单位
Vcc 电源电压，VCC+ 至 VCC- 33 V
VI 输入电压 ±VCC ±VCC V
IO 输出电流 175 mA
VID 差分输入电压 ±6 V
TJ 最大结温 150 °C
TJ 最大结温，长期持续可靠运行(2) 125 °C
TA 自然通风条件下的工作温度范围 -40 85 °C
Tstg 贮存温度 -65 125 °C
(1) 超出绝对最大额定值 运行可能会对器件造成永久损坏。绝对最大额定值 并不表示器件在这些条件下或在建议运行条件 以外的任何其他条件下能够正常运行。如果超出建议运行条件 但在绝对最大额定值 范围内使用，器件可能不会完全正常运行，这可能影响器件的可靠性、功能和性能并缩短器件寿命。
(2) 针对持续运行的最大结温受到封装的限制。在超过这个温度条件下运行有可能降低此器件的可靠性以及/或者使用寿命。

5.2 ESD 等级

值 单位
V(ESD) 静电放电 人体放电模型 (HBM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 标准，所有引脚(1) ±2000 V
充电器件模型 (CDM)，符合 JEDEC 规范 JESD22-C101(2) ±1500
(1) JEDEC 文档 JEP155 指出：500V HBM 时能够在标准 ESD 控制流程下安全生产。
(2) JEDEC 文档 JEP157 指出：250V CDM 时能够在标准 ESD 控制流程下安全生产。

5.3 建议运行条件

在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）
最小值 标称值 最大值 单位
VCC 电源电压 双电源 ±4.5 ±15 ±16 V
单电源 9 30 32
TA 自然通风条件下的工作温度范围 -40 25 85 °C

5.4 热性能信息

热指标(1) THS3001 单位
D (SOIC) DGN (HVSSOP)
8 引脚 8 引脚
RθJA 结至环境热阻 97.5 56.9 °C/W
RθJC(top) 结至外壳（顶部）热阻 38.3 78.2 °C/W
RθJB 结至电路板热阻 不适用 29.6 °C/W
ΨJT 结至顶部特征参数 不适用 4.7 °C/W
ΨJB 结至电路板特征参数 不适用 29.5 °C/W
RθJC(bot) 结至外壳（底部）热阻 不适用 12.5 °C/W
(1) 有关新旧热指标的更多信息，请参阅半导体和 IC 封装热指标 应用报告。

5.5 电气特性

TA = 25°C、RL = 150Ω 且 RF = 1kΩ（除非另有说明）
参数 测试条件(1) 最小值 典型值 最大值 单位
动态性能
BW 小信号带宽 (–3dB) G = 1，RF = 1kΩ VCC = ±5V 330 MHz
VCC= ±15V 420
G = 2 VCC = ±5V，
RF = 750Ω		 300
VCC = ±15V，
RF = 680Ω		 385
G = 5 VCC = ±15V，
RF = 560Ω		 350
0.1dB 平坦带宽 G = 2 VCC = ±5V，
RF = 750Ω		 65
VCC = ±15V，
RF = 680Ω		 55
全功率带宽(2) VCC = ±5V，
VO(PP) = 4V，
RL = 500Ω		 G = -5 65
G = 5 62
VCC = ±15V，
VO(PP) = 20V，
RL = 500Ω		 G = -5 32
G = 5 31
SR 压摆率(1) VCC = ±5V，
VO(PP) = 4V		 G = -5 1700 V/μs
G = 5 1300
VCC = ±15V，
VO(PP) = 20V		 G = -5 6500
G = 5 6300
ts 精度达 0.1% 的稳定时间
增益 = -1

 VCC = ±15V，
0V 至 10V 阶跃		 40 ns
VCC = ±5V，
0V 至 2V 阶跃，		 25
噪声和失真性能
THD 总谐波失真 VCC = ±15V，VO(PP) = 2V，G = 2，fc = 10MHz -80 dBc
Vn 输入电压噪声 VCC = ±5V 或 ±15V G = 2，f = 10kHz 1.6 nV/√Hz
Inp 同相输入电流噪声 VCC = ±5V 或 ±15V，f = 10kHz，G = 2 13 pA/√Hz
Inn 反相输入电流噪声 VCC = ±5V 或 ±15V，f = 10kHz，G = 2 16 pA/√Hz
直流性能
VIO 输入失调电压 VCC = ±5V 或 ±15V TA = 25°C 1 3 mV
TA = 全范围 4
输入失调电压温漂 VCC = ±5V 或 ±15V 5 μV/°C
ZOL 开环跨阻 VCC = ±5V，VO = ±2.5V，RL = 1kΩ 1.3 MΩ
VCC = ±15V，VO = ±7.5V，RL = 1kΩ 2.4
IIB+ 同相输入偏置电流 VCC = ±5V 或 ±15V TA = 25°C 2 10 μA
TA = 全范围 15
IIB– 反相输入偏置电流 VCC = ±5V 或 ±15V TA = 25°C 1 10 μA
TA = 全范围 15
输入特性
VICR 共模输入电压范围 VCC = ±5V ±3 ±3.2 V
VCC = ±15V ±12.9 ±13.2
CMRR 共模抑制比 VCC = ±5V，VCM = ±2.5V 62 70 dB
VCC = ±15V，VCM = ±10V 65 73
RI+ 同相输入电阻 1.5 MΩ
RI– 反相输入电阻 15 Ω
CI 差分输入电容 7.5 pF
输出特性
VO 输出电压摆幅 VCC = ±5V RL = 150Ω ±2.9 ±3.2 V
RL = 1kΩ ±3 ±3.3
VCC = ±15V RL = 150Ω ±12.1 ±12.8
RL = 1kΩ ±12.8 ±13.1
IO 输出电流(2) VCC = ±5V，RL = 20Ω 100 mA
VCC = ±15V，RL = 75Ω 85 120
RO 输出电阻 5MHz 时的开环 10 Ω
电源
ICC 静态电流  VCC = ±5V TA = 25°C 5.5 7.5 mA
TA = 全范围 8.5
VCC = ±15V TA = 25°C 6.6 9
TA = 全范围 10
VCC = ±18V TA = 25°C 6.9 9.5
TA = 全范围 10.5
PSRR 电源抑制比 VCC = ±5V TA = 25°C 65 76 dB
TA = 全范围 63
VCC = ±15V TA = 25°C 69 76
TA = 全范围 67
(1) 对于 THS3001C，全范围为 0°C 至 70°C，而对于 THS3001I 则为 –40°C 至 85°C。
(2) 当输出负载过大或短路时，观察功率耗散额定值，使结温保持在绝对最大值以下。请参阅节 7.4.1.2。

5.6 典型特性

表 5-1 图形表
图表
|VO| 输出电压摆幅 与自然通风温度间的关系 图 5-1
ICC 电流供应 与自然通风温度间的关系 图 5-2
IIB 输入偏置电流 与自然通风温度间的关系 图 5-3
VIO 输入失调电压 与自然通风温度间的关系 图 5-4
CMRR 共模抑制比 与共模输入电压间的关系 图 5-5
与共模输入电压间的关系 图 5-6
与频率间的关系 图 5-7
跨阻 与自然通风温度间的关系 图 5-8
闭环输出阻抗 与频率间的关系 图 5-9
Vn 电压噪声 与频率间的关系 图 5-10
In 电流噪声 与频率间的关系
PSRR 电源抑制比 与频率间的关系 图 5-11
与自然通风温度间的关系 图 5-12
SR 压摆率 与输出峰峰值阶跃间的关系 图 5-13、图 5-14
标称压摆率 与增益间的关系 图 5-15
谐波失真 与峰峰值输出电压摆幅间的关系 图 5-16、图 5-17
与频率间的关系 图 5-18、图 5-19
输出幅度 与频率间的关系 图 5-20 到 图 5-24
归一化输出响应 与频率间的关系 图 5-25 到 图 5-28
小信号和大信号频率响应 图 5-29、图 5-30
小信号脉冲响应 图 5-31、图 5-32
大信号脉冲响应 图 5-33 到 图 5-40
THS3001 输出电压摆幅与自然通风温度间的关系
 
图 5-1 输出电压摆幅与自然通风温度间的关系
THS3001 输入偏置电流与自然通风温度间的关系
 
图 5-3 输入偏置电流与自然通风温度间的关系
THS3001 共模抑制比与共模输入电压间的关系
VS = ±15V 
图 5-5 共模抑制比与共模输入电压间的关系
THS3001 共模抑制比与频率间的关系
 
图 5-7 共模抑制比与频率间的关系
THS3001 闭环输出阻抗与频率间的关系
VCC = ±15V，RFB = 680Ω，增益 = +2，VIN= 2VPP 
图 5-9 闭环输出阻抗与频率间的关系
THS3001 电源抑制比与频率间的关系
 
图 5-11 电源抑制比与频率间的关系
THS3001 压摆率与输出阶跃间的关系
VS = ±15V，增益 = +5, RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps，VOUT = 4VPP 
图 5-13 压摆率与输出阶跃间的关系
THS3001 归一化压摆率与增益间的关系
VS = ±5V，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，tRISE/FALL = 300ps，
VOUT = 4VPP 
图 5-15 归一化压摆率与增益间的关系
THS3001 谐波失真与峰峰值输出电压摆幅间的关系
VS = ±15V，增益 = +2，RL = 150Ω，RFB = 680Ω，fIN = 1MHz 
图 5-17 谐波失真与峰峰值输出电压摆幅间的关系
THS3001 谐波失真与频率间的关系
VS = ±5V，增益 = +2，RL = 150Ω，RFB = 680Ω，VOUT = 2VPP 
图 5-19 谐波失真与频率间的关系
THS3001 输出幅度与频率间的关系
VS = ±5V，增益 = +1，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-21 输出幅度与频率间的关系
THS3001 输出幅度与频率间的关系
VS = ±5V，增益 = +2，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-23 输出幅度与频率间的关系
THS3001 归一化输出响应与频率间的关系
VS = ±15V，增益 = -1，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-25 归一化输出响应与频率间的关系
THS3001 归一化输出响应与频率间的关系
VS = ±15V，增益 = +5，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-27 归一化输出响应与频率间的关系
THS3001 小信号和大信号频率响应
VS = ±15V，增益 = +1，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ 
图 5-29 小信号和大信号频率响应
THS3001 小信号脉冲响应
VS = ±5V，增益 = +1，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-31 小信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±15V，增益 = +1，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-33 大信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±15V，增益 = +5，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-35 大信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±15V，增益 = -1，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-37 大信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±5V，增益 = –5，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，tRISE/FALL = 300ps 
图 5-39 大信号脉冲响应
THS3001 电流供应与自然通风温度间的关系
 
图 5-2 电流供应与自然通风温度间的关系
THS3001 输入失调电压与大气温度间的关系
 
图 5-4 输入失调电压与大气温度间的关系
THS3001 共模抑制比与共模输入电压间的关系
VS = ±5V 
图 5-6 共模抑制比与共模输入电压间的关系
THS3001 跨阻与自然通风温度间的关系
 
图 5-8 跨阻与自然通风温度间的关系
THS3001 电压噪声和电流噪声与频率间的关系
VS = ±15V 
图 5-10 电压噪声和电流噪声与频率间的关系
THS3001 电源抑制比与自然通风温度间的关系
 
图 5-12 电源抑制比与自然通风温度间的关系
THS3001 压摆率与输出阶跃间的关系
VS = ±5V，增益 = +5, RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-14 压摆率与输出阶跃间的关系
THS3001 谐波失真与峰峰值输出电压摆幅间的关系
VS = ±15V，增益 = +2，RL = 150Ω，RFB = 680Ω，fIN = 8MHz 
 
图 5-16 谐波失真与峰峰值输出电压摆幅间的关系
THS3001 谐波失真与频率间的关系
VS = ±15V，增益 = +2，RL = 150Ω，RFB = 680Ω，VOUT = 2VPP 
图 5-18 谐波失真与频率间的关系
THS3001 输出幅度与频率间的关系
VS = ±15V，增益 = +1，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-20 输出幅度与频率间的关系
THS3001 输出幅度与频率间的关系
VS = ±15V，增益 = +2，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-22 输出幅度与频率间的关系
THS3001 输出幅度与频率间的关系
增益 = +1000，RL = 150Ω，RFB = 10kΩ，VOUT = 200mVRMS 
图 5-24 输出幅度与频率间的关系
THS3001 归一化输出响应与频率间的关系
VS = ±5V，增益 = -1，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-26 归一化输出响应与频率间的关系
THS3001 归一化输出响应与频率间的关系
VS = ±5V，增益 = +5，RL = 150Ω，VIN = 200mVRMS 
图 5-28 归一化输出响应与频率间的关系
THS3001 小信号和大信号频率响应
VS = ±15V，增益 = +2，RL = 150Ω，RFB = 680Ω 
图 5-30 小信号和大信号频率响应
THS3001 小信号脉冲响应
VS = ±5V，增益 = +5，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-32 小信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±5V，增益 = +1，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-34 大信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±5V，增益 = +5，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-36 大信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±5V，增益 = -1，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，
tRISE/FALL = 300ps 
图 5-38 大信号脉冲响应
THS3001 大信号脉冲响应
VS = ±5V，增益 = –5，RL = 150Ω，RFB = 1kΩ，tRISE/FALL = 300ps 
图 5-40 大信号脉冲响应

6 详细说明

6.1 概述

THS3001 是一款采用电流反馈架构的高速运算放大器。该器件采用 30V 介质隔离互补双极性工艺构建而成，并采用具有数 GHz fT 的 NPN 和 PNP 晶体管。这种配置可实现具有宽带宽、高压摆率、快速稳定时间和低失真的超高性能放大器。图 6-1 展示了简化原理图。

6.2 功能方框图

THS3001 简化版原理图图 6-1 简化版原理图

6.3 器件功能模式

THS3001 具有单功能模式，可使用单电源或分离电源配置。电源电压必须大于 9V (±4.5V) 且小于 32V (±16V)。

7 应用和实施

注：

以下应用部分中的信息不属于TI 器件规格的范围，TI 不担保其准确性和完整性。TI 的客 户应负责确定器件是否适用于其应用。客户应验证并测试其设计，以确保系统功能。

7.1 应用信息

7.1.1 建议的反馈和增益电阻值

THS3001 采用德州仪器 (TI) 30V 互补双极工艺 HVBiCOM 制造。此工艺可提供出色的隔离和极高的压摆率，从而实现出色的失真特性。

与所有电流反馈放大器一样，THS3001 的带宽与反馈电阻器的值成反比（请参阅图 26 到 34）。表 7-1 展示了用于优化频率响应的推荐电阻器。从这些值开始，在求出优化值后，使用容差为 1% 的电阻器来保持频率响应特性。对于大多数应用，建议使用 1kΩ 的反馈电阻值，这是带宽和相位裕度之间一个很好的折衷方案，从而实现稳定的放大器。

表 7-1 用于优化频率响应的建议电阻器值
增益 VCC = ±15V 时的 RF VCC = ±5V 时的 RF
1 1kΩ 1kΩ
2、-1 680Ω 750Ω
2 620Ω 620Ω
5 560Ω 620Ω

与电流反馈放大器一致，增大增益的更好方法是改变增益电阻器而不是反馈电阻器。这是因为放大器的带宽由反馈电阻值和内部主极点电容决定。与传统的电压反馈放大器相比，电流反馈放大器的一个主要优势是能够独立于带宽来控制放大器增益。因此，在得到专为特定应用设计的频率响应后，调整增益电阻器的值以增加或降低整体放大器增益。

最后，确保认识到反馈电阻对失真的影响。增大电阻会降低环路增益并增加失真。知道降低负载阻抗会增加总谐波失真 (THD) 的情况通常也很重要，三阶谐波失真的增加幅度超过二阶谐波失真。

 
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