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OPA928EVM评估模块全面技术解析与应用指南

科技观察员 ? 2025-08-28 09:56 ? 次阅读
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Texas Instruments OPA928EVM评估模块是一款四层PCB,采用Rogers 4350B和FR-4混合堆叠。该EVM基于OPA928 36V毫微微安级、输入偏置电流运算放大器,优化用于极低电流和高阻抗应用。

数据手册:*附件:Texas Instruments OPA928EVM评估模块数据手册.pdf

OPA928EVM的内部保护ESD结构和独特的封装引脚分配将输入与输出和电源引脚隔离。内部保护缓冲器可通过保护引脚访问,将保护结构扩展到输入迹线和反馈元件。

TI OPA928EVM采用先进的防护和屏蔽技术,保持毫微微安级PCB布局性能。高阻抗 (Hi-Z) 缓冲器和跨阻抗放大器配置用于评估常见应用电路中的OPA928。这些配置分为电路板上的两个独立电路。默认情况下,0Ω电阻器Rgnd安装在电路板底部,连接两个电路的模拟接地。

两个OPA928放大器(U1和U2)位于EVM底部,封装在接地射频屏蔽中,以保护它们免受污染、噪声和电磁干扰 (EMI)。OPA928EVM的顶部设有各种引脚插座、跳线和其他元件,易于配置,同时限制了敏感节点上可能出现的性能退化污染。

PCB布局

1.png

OPA928EVM评估模块全面技术解析与应用指南

一、产品概述

Texas Instruments OPA928EVM评估模块是专为评估OPA928飞安级输入偏置电流运算放大器性能而设计的开发平台。该模块采用四层PCB混合堆叠结构(Rogers 4350B+FR-4),集成了高阻抗缓冲器和跨阻放大器(TIA)两种典型应用电路,可精确评估OPA928在飞安级电流检测应用中的关键性能。

?核心特性?:

  • 双电路配置:独立的高阻抗(Hi-Z)缓冲器与跨阻放大器(TIA)电路
  • 三重RF屏蔽设计:底部屏蔽+顶部可拆卸屏蔽结构
  • 专业防护技术:全铜防护环+三维防护结构
  • 支持±2.25V至±8V双电源供电
  • 集成10GΩ高值反馈电阻(TIA配置)

二、关键技术创新

1. 飞安级信号保护系统

?防护环技术?:

  • 所有高阻抗输入和反馈节点周围布置铜防护环
  • 内部防护缓冲器可跟踪输入共模电压变化
  • 去除防护铜上的阻焊层以减少表面电荷积累

?三维屏蔽架构?:

  • 底部层:敏感输入走线和反馈元件
  • 第三层:位于防护铜上方的附加防护层
  • 顶部层:配置电路和输出信号走线
  • 三组RF屏蔽罩:Hi-Z电路1个,TIA电路2个(顶底各1)

2. 超低噪声电源设计

  • 独立供电端子:J3(Hi-Z)和J8(TIA)
  • 每路电源配置100nF去耦电容(C1/C2/C6/C7)
  • 电源层与信号层隔离设计
  • 支持±2.25V至±8V宽范围工作电压

三、电路配置详解

1. 高阻抗缓冲器电路

?核心元件?:

  • U1(OPA928):非反相缓冲配置
  • J1(CBJ70三轴连接器):中心导体与外部屏蔽间带防护层
  • R1(0Ω):输入串联电阻
  • JP1:防护环连接跳线

?工作模式?:

  • 输入通过三轴连接器接入,防护层可连接至放大器防护缓冲器
  • 反馈网络(Rg/R3/C3)包含板载3.3pF补偿电容
  • 输出通过J4端子块引出

?典型应用?:

  • 高阻抗传感器前端
  • 静电计放大器
  • pH值测量电路

2. 跨阻放大器电路

?核心元件?:

  • U2(OPA928):反相配置
  • J5(BNC连接器):标准50Ω输入接口
  • RF(10GΩ):表面贴装反馈电阻
  • K1/K2:MOSFET继电器组成的T型开关

?特色功能?:

  1. ?可配置反馈网络?:
    • 默认10GΩ电阻反馈(JP2安装)
    • 可选100pF电容积分配置(JP3安装)
    • 支持外接反馈元件(P4/P5插座)
  2. ?T型开关复位系统?:
    • 通过J7端子控制(两路独立5V)
    • 时序要求:K1先断开(1000μs)→K2闭合(500μs延迟)
    • 放电时间用户可调(t3)
  3. ?防护二极管限幅器?:
    • D1(3.6V齐纳二极管)+内部ESD二极管
    • 输出限幅电压4.3V(JP4安装时启用)
    • 有效防止输入过流导致输出饱和

四、PCB布局最佳实践

1. 层叠结构设计

层序功能描述关键特性
顶层配置电路接地平面全覆盖
第二层电源层PVDD/PGND走线
第三层防护层三维防护结构
底层信号层敏感走线+防护环

2. 关键布局要点

  • ?Hi-Z电路?:
    • 输入走线最短化(J1至U1)
    • 防护环包围R1/R2走线
    • 反馈元件远离敏感区域
  • ?TIA电路?:
    • RF/CF表面贴装元件置于屏蔽区内
    • 继电器(K1/K2)靠近反馈节点
    • 输入插座(P1/P2)与屏蔽罩保持安全距离

3. 材料选择

  • 基板:Rogers 4350B(高频)+FR-4(常规)
  • 连接器:镀金三轴(CBJ70)+BNC(5413631-2)
  • 屏蔽罩:定制尺寸(S1711-46R安装夹)

五、操作与维护指南

1. 静电防护措施

  • 操作时佩戴无粉手套
  • 仅接触板边区域
  • 避免呼吸气流直接吹向PCB
  • 非使用状态存放于防静电袋中

2. 清洁流程规范

? 超声波清洗(推荐) ?:

  1. 85℃去离子水超声处理30分钟
  2. 100℃烘烤2小时

?手工清洁?:

  1. 异丙醇冲洗敏感区域
  2. 软毛刷轻柔清洁60秒
  3. 去离子水二次冲洗
  4. 100℃烘烤2小时

3. 典型测试配置

?Hi-Z模式?:

  1. ±5V供电接J3
  2. 信号通过J1三轴连接器输入
  3. JP1安装(驱动防护层)
  4. 输出从J4测量

?TIA模式?:

  1. ±5V供电接J8
  2. 光电流通过J5BNC输入
  3. JP2安装(10GΩ反馈)
  4. 需要复位功能时连接J7控制信号

六、应用场景拓展

1. 光电检测系统

  • 搭配硅光电二极管(P3插座)
  • 反馈电容配置为积分器(JP3)
  • 启用T型开关定期复位

2. 离子束测量

  • Hi-Z模式连接法拉第杯
  • 防护环连接至屏蔽壳体
  • 配合静电计探头使用

3. 生物电信号采集

  • 超低输入电流(<1fA)
  • 三轴连接减少干扰
  • 电池供电时启用±2.25V模式
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