當前位置:首頁>新聞中心>企業新聞> 高性能運放芯片參數選擇
高性能運放芯片參數選擇
2018-7-14 00:00 來源:原創   編輯:聚洵半導體科技(上海)有限公司
   在精密電路設計中,偏置電壓是一個關鍵因素。對于那些經常被忽視的參數,諸如隨溫度而變化的偏置電壓漂移和電壓噪聲等,也必須測定。精確的放大器要求偏置電壓的漂移小于200μV和輸入電壓噪聲低于6nV/√Hz。隨溫度變化的偏置電壓漂移要求小于1μV/ 。
  低偏置電壓的指標在高增益電路設計中很重要,因為偏置電壓經過放大可能引起大電壓輸出,并會占據輸出擺幅的一大部分。溫度感應和張力測量電路便是利用精密放大器的應用實例。
  低輸入偏置電流有時是必需的。光接收系統中的放大器就必須具有低偏置電壓和低輸入偏置電流。比如光電二極管的暗電流電流為pA量級,所以放大器必須具有更小的輸入偏置電流。CMOSJFET輸入放大器是目前可用的具有最小輸入偏置電流的運算放大器。
  因為我現在用的是光電池做采集的系統,所以在使用中重點關心了偏置電壓和電流。如果還有其他的需要,這時應該對 其他參數也需要多考慮了。
  1、輸入失調電壓VIO(Input Offset Voltage)
  輸入失調電壓定義為集成運放輸出端電壓為零時,兩個輸入端之間所加的補償電壓。
  輸入失調電壓實際上反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電壓越小。輸入失調電壓是運放的一個十分重要的指標,特別是精密運放或是用于直流放大時。
  2、輸入失調電壓的溫漂αVIO(Input Offset Voltage Drift)
  輸入失調電壓的溫度漂移(又叫溫度系數)定義為在給定的溫度范圍內,輸入失調電壓的變化與溫度變化的比值。
  這個參數實際是輸入失調電壓的補充,便于計算在給定的工作范圍內,放大電路由于溫度變化造成的漂移大小。一般運放的輸入失調電壓溫漂在±10~20μV/之間,精密運放的輸入失調電壓溫漂小于±1μV/。
  3、輸入偏置電流IB(Input Bias Current)
  在使用運放中可能還會遇到一個輸入偏置電流IB,輸入偏置電流是指第一級放大器輸入晶體管的基極直流電流。這個電流保證放大器工作在線性范圍,為放大器提供直流工作點。
  輸入偏置電流定義為當運放的輸出直流電壓為零時,其兩輸入端的偏置電流平均值。
  輸入偏置電流對進行高阻信號放大、積分電路等對輸入阻抗有要求的地方有較大的影響。輸入偏置電流與制造工藝有一定關系,其中雙極型工藝(即上述的標準硅工藝)的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間;采用場效應管做輸入級的,輸入偏置電流一般低于1nA。
  對于雙極性運放,該值離散性很大,但幾乎不受溫度影響;而對于MOS型運放,該值是柵極漏電流,值很小,但受溫度影響較大。
  4、輸入失調電流(Input Offset Current)
  輸入失調電流 offset current,是指兩個差分輸入端偏置電流的誤差。
  輸入失調電流定義為當運放的輸出直流電壓為零時,其兩輸入端偏置電流的差值。
  輸入失調電流同樣反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電流越小。輸入失調電流是運放的一個十分重要的指標,特別是精密運放或是用于直流放大時。輸入失調電流大約是輸入偏置電流的百分之一到十分之一。輸入失調電流對于小信號精密放大或是直流放大有重要影響,特別是運放外部采用較大的電阻(例如10k或更大時),輸入失調電流對精度的影響可能超過輸入失調電壓對精度的影響。輸入失調電流越小,直流放大時中間零點偏移越小,越容易處理。所以對于精密運放是一個極為重要的指標。
  5、輸入阻抗
  (1)差模輸入阻抗
  差模輸入阻抗定義為,運放工作在線性區時,兩輸入端的電壓變化量與對應的輸入端電流變化量的比值。差模輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容,在低頻時僅指輸入電阻。
  (2)共模輸入阻抗
  共模輸入阻抗定義為,運放工作在輸入信號時(即運放兩輸入端輸入同一個信號),共模輸入電壓的變化量與對應的 輸入電流變化量之比。在低頻情況下,它表現為共模電阻。
  6、電壓增益
  (1)開環電壓增益(Open-Loop Gain)
  在不具負反饋情況下(開環路狀況下),運算放大器的放大倍數稱為開環增益,記作AVOL,有的datasheet上寫成:Large Signal Voltage Gain。AVOL的理想值為無限大,一般約為數千倍至數萬倍,其表示法有使用dBV/mV等。
  (2)閉環電壓增益(Closed-Loop Gain)
  顧名思義,就是在有反饋的情況下,運算放大器的放大倍數。
  7、輸出電壓擺幅(Output Voltage Swing)
  當運放工作于線性區時,在指定的負載下,運放在當前電源電壓供電時,運放能夠輸出的最大電壓幅度。
  8、輸入電壓范圍
  (1)差模輸入電壓范圍
  最大差模輸入電壓定義為,運放兩輸入端允許加的最大輸入電壓差。
  當運放兩輸入端允許加的輸入電壓差超過最大差模輸入電壓時,可能造成運放輸入級損壞。
  (2)共模輸入電壓范圍(Common Mode Input Voltage Range)
  最大共模輸入電壓定義為,當運放工作于線性區時,在運放的共模抑制比特性顯著變壞時的共模輸入電壓。
  一般定義為當共模抑制比下降6dB 是所對應的共模輸入電壓作為最大共模輸入電壓。最大共模輸入電壓限制了輸入信號中的最大共模輸入電壓范圍,在有干擾的情況下,需要在電路設計中注意這個問題。
  9、共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio)
  共模抑制比定義為當運放工作于線性區時,運放差模增益與共模增益的比值。
  共模抑制比是一個極為重要的指標,它能夠抑制共模干擾信號。由于共模抑制比很大,大多數運放的共模抑制比一般在數萬倍或更多,用數值直接表示不方便比較,所以一般采用分貝方式記錄和比較。一般運放的共模抑制比在80~120dB之間。
  10、電源電壓抑制比(Supply Voltage Rejection Ratio)
  電源電壓抑制比定義為當運放工作于線性區時,運放輸入失調電壓隨電源電壓的變化比值。
  電源電壓抑制比反映了電源變化對運放輸出的影響。所以用作直流信號處理或是小信號處理模擬放大時,運放的電源需要作認真細致的處理。當然,共模抑制比高的運放,能夠補償一部分電源電壓抑制比,另外在使用雙電源供電時,正負電源的電源電壓抑制比可能不相同。
  11、靜態功耗
  運放在給定電源電壓下的靜態功率,通常是無負載狀態下。
  這里就會有個靜態電流 IQ的概念,靜態電流其實就是指運放在空載工作時自身消耗的電流。這是運放消耗電流的最小值(排除休眠狀態)
  12、擺率(Slew Rate)
  運放轉換速率定義為,運放接成閉環條件下,將一個大信號(含階躍信號)輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端測得運放的輸出上升速率。
  由于在轉換期間,運放的輸入級處于開關狀態,所以運放的反饋回路不起作 用,也就是轉換速率與閉環增益無關。轉換速率對于大信號處理是一個很重要的指標,對于一般運放轉換速率SR<=10V/μs,高速運放的轉換速率 SR>10V/μs。目前的高速運放最高轉換速率SR達到 6000V/μs。這用于大信號處理中運放選型。
  13、增益帶寬
  (1)增益帶寬積(Gain Bandwidth Product)
  增益帶寬積,GBP,帶寬與增益的積。
  (2)單位增益帶寬
  運算放大器放大倍數為1時的帶寬。
  單位增益帶寬和帶寬增益積這兩個概念有些相似,但不同。這里需要說明的是對電壓反饋型運放來說,增益帶寬積是一個常數,而對于電流型運放來說卻不是這樣的,因為對于電流型運放而言,帶寬和增益不是一個線性的關系。
  14、輸出阻抗
  輸出阻抗定義為,運放工作在線性區時,在運放的輸出端加信號電壓,這個電壓變化量與對應的電流變化量的比值。在低頻時僅指運放的輸出電阻。這個參數在開環的狀態下測試。
  15、等效輸入噪聲電壓(Equivalent Input Noise Voltage)
  等效輸入噪聲電壓定義為,屏蔽良好、無信號輸入的的運放,在其輸出端產生的任何交流無規則的干擾電壓。
  這個噪聲電壓折算到運放輸入端時,就稱為運放輸入噪聲電壓(有時也用噪聲電流表示)。對于寬帶噪聲,普通運放的輸入噪聲電壓有效值約10~20μV。