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挑选运算放大器的基本原则和规矩,哪些参数最重要?

选择运算放大器的基本原则和规则,哪些参数最重要?-现代电子工业的趋势是集成更多的功能到尽可能小巧的外形中,这已经不是什么秘密。移动电话就是这样的实例。当今许多生产商将MP3播放器、数码相机甚至卫星电视功能集成在移动电话里。过去几年,该市场已经取得了巨大的发展,并且仍在快速扩展。

现代电子工业的趋势是集成更多的功用到尽或许细巧的外形中,这现已不是什么隐秘。移动电话便是这样的实例。当今许多生产商将MP3播放器、数码相机乃至卫星电视功用集成在移动电话里。曩昔几年,该商场现已取得了巨大的开展,而且仍在快速扩展。

这些产品的规划周期一般较短,测验比实践规划消耗更长的时刻(规划大约需求4个月,测验需求6个月)。为此,规划师有必要慎重挑选器材,以防止对终究的产品进行重复修正和导致延误。

下文将要点阐明一些有用的规划技能、简略的核算和通用的评价办法,以协助规划师更好地进行评价。

在便携电子范畴,规划师依据多种要素(尺度、本钱和功能),运用他们的专业知识和最佳判别来挑选器材。但这些要素一般需求进行权衡,规划师有必要依据所需的终究产品慎重挑选元件。简直与其它职业相同,便携商场,特别是移动电话商场,一般会一起供给高端(多功用)和低端(廉价)产品。

挑选运算放大器的基本原则和规矩,哪些参数最重要?

图1:运用多个运算放大器削减输出噪音。

移动电话主板包含不同的元件,如运算放大器音频放大器及前置放大器、数据转化器和ASIC等。挑选运算放大器之前,规划师有必要考虑封装选项,以及更小的封装是否会使功能下降。虽然在便携产品范畴小型封装很受欢迎,但小型封装或许会给规划师带来费事和问题。选用塑料封装方式的运算放大器,比如SC70,往往不能到达与SOIC或MSOP封装对应产品相同的功能。微型芯片级封装(CSP)(这实质上是裸片),露出于光线下,输入偏流或许发生数百量级的偏移。该封装方式也简略在拼装期间发生决裂。

哪些参数最重要?

电池供电的使用范畴—特别是PDA和移动电话,因为电池电压会跟着搅扰而下降,因而应挑选PSRR功能好(~80dB)的运算放大器。此外,要注意高增益装备,这是因为耦合到运放中的噪声将导致噪声电平升高。电阻器的挑选也非常要害,更大的阻值会发生更高的噪声。规划师能够运用4?预算约翰逊噪声(Johnson noise)或电阻噪声,这儿R的单位是K欧姆,因而100K欧姆电阻发生大约40nV噪声!

假如运用多个运算放大器,削减噪声的一个办法是选用图1所示的计划。该办法能够按因子削减输出噪声,这儿n是运用的放大器数量。关于LMV651而言,输出噪声将削减到大约12nV/。此外规划师有必要考虑约束带宽以使噪声最小:规划师能够将一个小电容与反应电阻并联运用,借此下降噪声。

运算放大器的挑选也取决于其它的器材。规划师面临的一个遍及应战是为模数转化器ADC)挑选适宜的运算放大器。虽然商场上有许多类型的数据转化器,可是运算放大器和模数转化器之间的匹配规矩却不相同,规划师在做出挑选之前有必要仔细考虑某些原则。

图2:在运算放大器输出端选用简略的低通滤波器

大致阅读两种器材的数据手册将供给有用的信息,但这还不行。首要,挑选供电电压相同的运算放大器和模数转化器。然后挑选THD+N小的运算放大器。假如不能查找到失真数据,就检查输出阻抗:输出阻抗小的运算放大器一般意味着更小的THD。速度是别的一个有必要考虑的参数,虽然更快的运算放大器速度用起来很舒畅,但有必要考虑一些折衷要素,比如更高的功率和偶然的不安稳。

依据挑选的ADC,规划师应挑选至少为ADC取样率50倍速度的放大器。转化速率也或许是一个约束要素,规划师能够依据2?fVp进行核算,这儿f是输入信号频率,Vp是最大输出摆幅。例如,频率为400kHz的100mV输入信号(增益为10)要求放大器的转化速率至少为2.5V/μs。

一旦确认了这些基本参数,规划师有必要考虑安稳时刻,该参数或许会发生误导。大多数制造厂商规矩运算放大器的安稳时刻在特定输入电压的0.1%或0.01%规模内。假如规划要求更高的精度,例如16位,那么就需求满量程0.0015%规模的参数。处理该问题的一个办法是运用下面的公式,依据模数转化器的精度来估量运算放大器的安稳时刻:

这儿,N是位数,f是放大器的开环带宽。

例如增益为10的运算放大器,如LMV651,精确度为12位时,安稳时刻大约为1.4μs;精度为16位时,安稳时刻是1.65μs。该公式仅仅一个近似算式,没有考虑到杂散电容、主板电感或模数转化器的输入电容,这些要素都将影响安稳时刻。

做出终究的挑选之前,最重要的的目标之一是运算放大器的噪声,噪声较高的放大器会下降模数转化器的精度,给体系带来明显差错。开端核算电路总输出噪声之前(这或许是一项非常冗长庸俗的作业),最好先估量一下。这样规划师就知道是否应持续运用所选的放大器。该估量涉及到运算放大器在相关带宽上的归纳电压噪声和运放装备的增益。咱们能够将该公式表述为:

这儿,NG是噪声增益,en是运算放大器的电压噪声,BW是闭环带宽。

在图2的电路中,在输出端选用简略的低通滤波器。在该例中,输出噪声是在该滤波器带宽(按1/2πRC核算)下的归纳噪声。假如选用二阶滤波器,带宽要乘以系数1.05。

运用上述公式和LMV651电压噪声密度(17nV/),图2电路在100kHz带宽(滤波器带宽)下的总输出RMS噪声是53.7V。一旦预算出总输出噪声,规划师能够运用下面的公式核算运算放大器的信噪比(SNR):

这儿,VFS是满量程电压规模,Eout是上文核算的运算放大器噪声。例如,2.5V信号发生的信噪比是86.4dB。

然后,规划师应依据下面的公式核算放大器和模数转化器的总SNR:

ADC121S021的SNR是72.3dB,当ADC121S021与LMV651调配时,总SNR是72.1dB。疏忽谐波,规划师能够将该SNR转化为等效的比特数:ENOB=(SNR-1.76)/6.02,然后依据等价比特数确认只丢失了大约0.3dB,这相当于0.03%总精度差错。

因为噪声是特定带宽下的归纳噪声,明显噪声也与带宽成份额。换言之,减缩带宽将削减噪声;扩展带宽将添加噪声。假如决议挑选更高带宽的滤波器,规划师应考虑挑选更低噪声的放大器。例如,图2电路中的10MHz滤波器发生缺乏71dB的总SNR,导致0.5比特丢失。但将LMV791(5.8nV/)与相同的滤波器调配运用时,SNR进步到72dB以上。规划师只需简略的挑选更低噪声的运算放大器就能够进步体系的精度。但有必要考虑与此相关的各种折衷要素,例如功耗和封装尺度。

待考虑的其它标准目标

至此,咱们评论了为规划挑选器材的基本原则和规矩,但还有其它的一些要素有待考虑。例如,关于要求更高精度的使用,DC目标(比如输入偏移电压和漂移)或许非常重要。

责任编辑:gt

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