选择合适的运放必须知道的五大要点_电源_中国百科网
选择合适的运放必须知道的五大要点
    中心议题：
输入的共模区间
超出共模区间的影响
不同运放的VICMR变化
违反VICMR的例子
解决VICMR问题
为自己的电路挑选运放要通过一个选择过程，其中要考虑到最关键的应用参数。审查的参数可能包括：电源电压、增益带宽积、转换速率，以及输入噪声电压。另外还必须考虑输入共模区间，这对所有运放电路都是一个关键参数。
终生与运放打交道的工程师们很可能都遇到过这类情况，运放出现了未曾预料的性能。运放的好处是它们的输出通常会说明真相。很多情况下，如果有什么异常，都会明显地体现在其输出端。输出级的极限可能造成不良的输出波形。也许输出端的过多电容会造成振荡，或者输出级的电压摆幅小于电源电压轨，因此在达到满轨电压以前就出现削峰。
运放的输出端也会出现与输出级毫无关系的奇怪现象。不良的输出信号可能来自于器件输入端的某些异常。运放最常见的问题之一是超出了器件的输入共模区间。不过，到底什么是输入的共模区间，超出这一区间的影响是什么？
输入共模电压VICM是一位工程师在考虑运放输入时的首要规格之一，但它可能带来一些混淆。VICM描述了一个电压电平，它是反相和非反相输入端的平均电压(图1)。通常用下式表示：
认识VICM还有一种方式，即它是非反相和反相输入端VIN+与VIN-的公共的电压电平。在大多数应用中，VIN+非常接近于VIN-，因为闭环负反馈会使一个输入端密切跟踪另一个输入端，使VIN+与VIN-之间的压差接近于零。很多共模电路都是这种情况，包括电压跟随器，以及反相和非反相配置。这些情况下，通常会假设VIN+=VIN-=VICM，因为这些电压几乎是相同的。
描述运放输入的另一个参数项是输入共模区间VICMR，或更准确地说，是输入共模电压区间。这个参数在数据表中很常见，它是电路设计者最应关注的参数。VICMR定义了运放能正常工作的一个共模输入电压区间，并描述了输入电压与两个电压轨靠近的程度。
对VICMR的另一种认识方式是，它描述了由最小值VICMR、VICMRMIN和最大值VICMR、VICMRMAX所确定的一个区间，如下式所示：
其中，VICMRMIN是相对VCC-电压轨的极限值，VICMRMAX是相对于VCC+电压轨的极限值(图2)。
当运放超出VICMR时，器件就可能不能做正常的线性运行。因此，必须了解输入信号的整个范围区间，确保运放不超出VICMR。
另一个混淆点是：VICM与VICMR是非标准的缩写，各家IC供应商的数据表中经常使用不同的术语，如VCM、VIC和VCMR。因此，必须清楚自己正在查看的规格，它不是一个特定的输入电压，而是一个输入电压的范围。
不同运放的VICMR变化
运放的设计规格与所使用的工艺技术决定了器件的输入级。例如，一只CMOS运放的输入级不同于双极运放的输入级，也不同于JFET运放。了解这些运放间存在的差异非常重要。
表1是德州仪器公司几款运放及其VICMR。最大电源区间栏中描述了双电源和单电源的极限。表中可以明显看到，不同运放的输入区间VICMR各不相同。根据器件的类型，VICMR可能进入或超出电源轨。因此，永远不能假定某个运放可以接受某个输入信号区间，除非验证了数据表中的规格。
有一个宽输入范围的特例值得一提，这就是轨至轨输入运放。尽管这个名称暗示该运放的输入可以跨越整个电源轨的区间，但并非像人们可能假设的那样，所有轨至轨输入器件都可以覆盖整个电源范围。很多轨至轨输入的运放(如TI的OPA333)确实能跨越整个电源区间，而其它一些则达不到标准，说明有误导性。同样，关键在于查看数据表指定的输入区间规格。
违反VICMR的例子
违反VICMR的情况一般出现在使用3.3V、5V或其它低电压应用的单电源运放中。在这些应用中，输入信号区间一般都是狭窄的，必须知道输入信号和VICMR，才能确保运放的正常运行。一只违反了VICMR的运放可能出现未预料的输出性能，如信号在低于预期电压电平处削峰，输出信号电压漂移，相位反转，或输出过早地到达某个电源电压轨。
为更好地理解违反VICMR的效果，下面给出一些实例。用两只具有不同VICMR规格的运放可演示这些效果。这些器件都有轨至轨的输出，排除了输出级造成的限制。一个单电源的电压跟随器电路用于两只器件的评估(图3)。所有测试均在一个实验台上完成，室温约为25&C。
第一个例子使用了一只VCC为10V的TLC2272运放。数据表显示，它在25&C和5V电源电压下的典型VICMR区间为-0.3V~+4.2V。注意输入极限接近于正电源轨，比VCC低0.8V。得到的近VCC输入极限大约为9.2V。
测试电路时，在其输入端加一个直流偏移为VCC电压一半(或5V)的300Hz正弦波。调 节交流幅度，直到看到VOUT有一个变化。当施加10V峰峰值输入时，VOUT显示一个接近正电源轨的削峰信号，而不是接近负电源轨。这个接近正电源轨的不良性能就是预计输入超过9.2V时的结果。对于0~9.2V之间的VIN，VOUT显示和预期一样的正确波形(图4)。
第二个例子使用一只TL971轨至轨输出的电压跟随器电路，但结果却不同。此时，运放采用一个单5V电源。从数据表规格可知，有保证的VICMR区间跨越了1.15V~ 3.85V范围，或中心在VCC/2的大约2.7V峰峰值。输入端加的是一个直流偏移为2.5V的1kHz正弦波。将VIN的幅度从200mV峰峰值调向更高电平，直到看到VOUT的变化。
VIN中心在2.5V时，VIN增加到2.7V峰峰值，VOUT都有预期的线性特性。当VIN增加到约3.5V峰峰值时，中心在2.5V，VOUT继续跟随VIN，表现出正确的运放特性。注意这个线性特性好于数据表对VICMR的限制，但仍然超出了保证的极限值。当VIN增加到略高于3.52V峰峰值时，VOUT开始在接近正电源5V轨和负电源0V轨时表现出非线性特性(图5)。VIN进一步增加到4.2V峰峰值，明显超出了VICMR。当输入峰值超过了近正电源轨的极限时，VOUT的信号输出超出电源轨，跳到正电源轨5V以上，并停留在这里，直到VIN回到可接受范围内(图6)。当输入跌到接近负电源轨的极限以下时，VOUT的信号表现出一个相位反转，跳至中轨2.5V，并以一个偏移跟随VIN，直到VIN增加到VICMR内的一个可接受电压值。
这些例子表明，不同的非线性特性可以源于不同类型超出VICMR的运放。虽然第二种情况中产生了相位反转，但注意这个相位反转并不出现在所有违反VICMR的运放中，它与运放有关。
这些例子用一个交流信号，评估运放电路的VICMR。另一种有用的测试是给图3中的电路输入端加一个直流电压源。当改变直流输入时，输出电平会以一种类似的方式变化，而不是总在改变。根据电路的类型，在运放的早期评估中，可以采用交流分析或直流分析，也可两者兼用。
解决VICMR问题
如果在设计过程的晚期才发现运放无法满足VICMR要求，该？也许该器件的其它参数非常适合于你的应用，难以改换器件。这时可能要考虑下列一个或多个选项。首先，如果输入波幅过大，则要用一个电阻分压器，将信号保持在正确的VICMR区间内。其次，如果输入信号的偏移有问题，则尝试使用一个输入偏置或直流偏移电路，使输入信号置于运放VICMR区间规格内。第三，可以尝试换用一种能满足所有其它要求的轨至轨输入运放。
在选择一款运放时，记住输入共模电压区间是最需懂得的重要规格。如果器件的输入无法接受输入信号的电平或范围，则输出端就会遇到麻烦。先处理好这个重要细节，则以后当电路正确工作时，你就会赞赏自己的选择。
收录时间:日 01:20:48 来源:电子元件技术网 作者:匿名
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诺基亚手机在众人期盼中回归，但是曾经的拍档——德州仪器（TI）不再眷恋挪动处理器市场。你看到了沉舟侧畔千帆过，不由为Tegra、Atom的星光黯淡而扼腕叹息。或许选择比努力更重要吧，TI在关键时辰果敢取舍，规避不该有的尴尬，其实并未离我们远去。前情回顾：TI告别手机处理器日，TI一改往日低调作风，宣布将大幅增添无线业务成本。这意味着业界的猜测成为理想，TI加入智能手机处理器市场，OMAP处理器及无线处理方案将专注于嵌入式领域。TI OMAP处理器的最大劣势在于3G/4G调制解调器，只支持到GSM、WCDMA（HSPA+）网络，OEM厂商就不得不运用额外的无线芯片，有形之中添加了研发周期和消费成本。忍痛放弃了手机处理器这块大蛋糕，TI就从此一蹶不振吗？理想证明并非如此，这家半导体巨头冰山下的体量大得惊人。三驾马车各有侧重TI的核心业务可以分为：模仿产品（Analog）、嵌入式处理器（Embedded Processors）和其他（DLP & EdTech）。模仿产品在物理世界与数字世界之间架起沟通的桥梁，将声响、压力、温度、湿度和光照等信号转变为电子产品中的数字“1”和“0”。嵌入式处理器是电子元器件的运算核心，担任搜集模仿芯片的输入，执行计算处理并完成万物互联。其他业务如DLP投影技术，支持多种显示和高级光控制，运用于投影领域；教学技术产品（EdTech）则将课堂体验与真实环境中的运用融合在一同。在大幅增添无线业务成本之后，TI的财报业绩收到立竿见影的效果。2012年至2015年，TI的营业支出在120亿-130亿美元之间波动，但是研发支出（R&D）占比呈现下降趋势，净支出（Net income）占比则不断攀升，阐明业务调整取得了预期效果。我们以2015年为例，TI全年的营业支出为130亿美元，其中模仿产品（Analog）营收83亿美元，比严重幅增至64%；嵌入式处理器（Embedded Processors）营收28亿美元，比重稳中有升，达到21%；显示和先进光控制等被列入其他类，营收19亿美元，比重下降到14%。模仿产品、嵌入式处理器不断浓缩其他类的营收比重，并且模仿产品的体量和增幅明显曾经居于主导地位。这是一个让消费者感到陌生的老朋友。OMAP处理器的昨天2003年TI推出OMAP 1710处理器，工艺节点为90纳米，CPU主频达到220MHz，具有32KB一级缓存。网络制式上曾经支持GSM、GPRS、EDGE和UMTS。OMAP 1710与诺基亚手机可谓黄金搭档，运用于6630、E50、E60、E70、N70、N80、N90等经典机型上。2005年TI推出OMAP 2420处理器，集成更先进的ARM11 CPU（330MHz） 、TMS320C55x DSP（220 MHz），初次加入了PowerVR MBX GPU，其多边形填充率达到200万/秒。诺基亚与OMAP共同取得巨大成功，搭载OMAP 2420的机型有诺基亚N82、N93、N95等。2009年TI推出OMAP 3430处理器，不只在业界率先采用65纳米工艺节点，也是首款基于ARM Cotex-A8架构的运用途理器。OMAP 3430主频达到600MHz，功能是ARM11的3倍，GPU集成PowerVR SGX530。代表机型有摩托罗拉XT711、三星i8910、诺基亚N900、Palm Pre。2011年TI推出OMAP 4430，成为同级别最优秀的双核处理器。OMAP 4430采用ARM Cortex-A9架构，基于45纳米工艺打造，具有1MB二级缓存，相比A8功能提升了1.5倍，GPU为PowerVR SGX540。代表机型有LG Optimus 3D、摩托罗拉XT883、三星i9100G、Panasonic Eluga DL1等。今天TI并未离你远去运放芯片：OPAOPA1612是TI推出的一款高功能、双通道、双极输入音频运算放大器，其技术特点是极低的失真，1kHz失真仅为0.000015%，同时具有±2.25V到±18V宽电压范围。运放芯片次要用于提升耳机推力，很多专业级耳机由于内部电路复杂，电阻比较大，普通手机甚至难以推进。因此一些超凡规design的手机，通常会加入独立DAC、运放芯片，这也成为TI的用武之地。OPA1612供电上要求更低，手机供电的3.3-5V范围内就能正常工作，无需进行升压电路design。例如vivo Xplay5定义Hi-Fi 3.0，同时引入了三块OPA1612，用于二级运放电路。OPA1612在发烧友中有不错的口碑，常见于主打Hi-Fi的手机，如魅族MX4 Pro、PRO 5、小米Note等。TI推出晋级款OPA1622，能够以10mW输入功率向32Ω负载提供-135dB的总谐波失真，例如Xplay6用三颗OPA1622搭建运放矩阵，锤子M1/M1L左右声道引入TI OPA1622。快充芯片：bq25890/2TI在模仿产品领域做得风生水起，除了稍有门槛的运放芯片以外，手机中常见的就是电源管理芯片。bq25890/2是高电压快充方案的明星IC，支持3.9V至14V输入电压范围，2A充电电流下的充电效率高达93%，3A充电电流下的充电效率高达91%。市面上以高通Quick Charge方案、联发科Pump Express Plus方案最为通用，两者都是经过加大充电电压，进步适配器到USB口的传输效率。大电压快充需求由手机内部的充电IC进行二次降压，bq25890/2成为很多手机厂商的选择，被用在如魅族PRO 6、金立M6上，口碑不错。总结TI的官方微博发起一句话证明本人的话题，小编看到热评笑了半天——“我在德州仪器工作，不是山东的那个德州，是美国的那个额”。作为技术导向型企业，TI拥有100000+个以上模仿IC和嵌入式处理器，同时兼备软件、工具以及业界最大的销售团队/技术支持团队。“小客户小公司需求什么，我们用几千种产品砸死你，总有一款你喜欢的你想要的。大客户大公司要（shì）求（ér）多（bī），我们给你组个团队开发你想要的。”这，就是TI。点击【阅读原文】进入PConline 2017春节特别策划专题。SmartMcu(gh_0ef8449c3acb)阅读原文　查看原文 　
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