¿Por qué este Op-Amp se desconecta cuando el voltaje CM supera la especificación?

Question

Mientras se prueba un MCP6H01 Me encontré con un comportamiento extraño cuando el voltaje CM supera el rango de funcionamiento especificado en la hoja de datos (VDD-2.3V Max).

Esto es con el op-amp configurado como un seguidor de ganancia unitaria y rieles de ±3V, ambos canales son de 1V/div. El canal 1 (naranja) es la salida, y el canal 2 (púrpura) es la entrada, como se puede ver cuando la entrada (y la señal de modo común) supera el máximo especificado, se "engancha" a VDD hasta que la señal CM cae por debajo de la especificación.

¿Qué hace que esto ocurra? ¿Por qué muestra este comportamiento tan peculiar? Observando los op-amps CMOS análogos como el ADA4665-2 , tienen rangos de CM que van hasta los rieles o los superan ligeramente, como es de esperar.

Answer 1

Cuando se sale del rango de modo común, más allá de un poco de margen que está diseñado para las variaciones de unidad a unidad y de temperatura, está destinado a hacer algo indeseable. El amplificador óptico con el que lo comparaste es del tipo de entrada de carril a carril, que tiene su propia rareza, aunque quizá sea algo más sutil.

A menos que el amplificador óptico cree rieles de alimentación internos más altos que los externos, no es práctico hacer un extremo frontal de riel a riel que funcione con un solo par diferencial, por lo que terminan haciendo algo así como hacer dos extremos frontales, uno para el rango de modo común de entrada alto y otro para el bajo.

Como puedes ver, la muestra amarilla tenía una tensión de offset que cambiaba de casi +3mV a cerca de 0 en unos 500mV de rango de modo común. Piensa en lo que eso significa para la CMRR. Se garantiza 55dB, pero eso es la media en todo el rango de 0-5V. Eso se compara con los 82dB garantizados para la parte de Microchip. Si tu ruido CM se encuentra en el rango de 3,5-4V puede que obtengas 20dB peor que la media, más bien 45 o incluso 35dB.

Como puedes ver, el voltaje de offset del MCP6H01 se comporta muy bien si te mantienes dentro del rango adecuado de CM, normalmente no cambia más de decenas de microvoltios:

Por lo tanto, utilice un op-amp de entrada de carril a carril si es necesario, pero hay desventajas reales y a menudo no es necesario.

Answer 2

Algunos opamps implementan el rendimiento de entrada rail-rail utilizando pares diferenciales de entrada Nchannnel y Pchannel. El resultado es que se producen fallos/oppsis cuando los circuitos internos cambian de función. Este amplificador óptico MCH6H01 no presenta estas anomalías, pero tampoco ofrece un comportamiento de entrada de carril a carril.

Es probable que este MCP6H01 esté implementado con un único difusor de entrada Pchannel, quizás utilizando una opción de proceso de alto voltaje. El alto nivel de ruido (30 nanoVolts/rtHz) es probablemente el resultado de los 0,13 mA de Iddq.

Answer 3

Es similar al problema de inversión de fase de los opamps en el tL081 y otros opamps de entrada de jfet más antiguos. Cuando un voltaje de entrada excede el rango CM negativo entonces la salida repentinamente va tan alto como puede.