如何选择放大器芯片.docx

如何正确地选择运算放大器摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。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。这些产品的设计周期通常较短，测试比实际设计耗费更长的时间(设计大约需要4个月，测试需要6个月)。为此，设计师必须谨慎选择器件，以避免对最终的产品进行反复修改和导致延误。下文将重点说明一些有用的设计技术、简短的计算和通用的评估方法，以帮助设计师更好地进行评估。在便携电子领域，设计师基于多种因素(尺寸、成本和性能)，利用他们的专业知识和最佳判断来选择器件。但这些因素通常需要进行权衡，设计师必须依据所需的最终产品谨慎选择元件。几乎与其它行业一样，便携市场，特别是移动电话市场，通常会同时提供高端(多功能)和低端(廉价)产品。移动电话主板包括不同的元件，如运算放大器、音频放大器及前置放大器、数据转换器和ASIC等。选择运算放大器之前，设计师必须考虑封装选项，以及更小的封装是否会使性能降低。尽管在便携产品领域小型封装很受欢迎，但小型封装可能会给设计师带来麻烦和问题。采用塑料封装形式的运算放大器，譬如SC70，往往不能达到与SOIC或MSOP封装对应产品相同的性能。微型芯片级封装(CSP)(这实质上是裸片)，暴露于光线下，输入偏流可能发生数百量级的偏移。该封装形式也容易在组装期间发生破裂。哪些参数最重要?在电池供电的应用领域—特别是PDA和移动电话，由于电池电压会随着干扰而下降，因此应选择PSRR性能好(~80dB)的运算放大器。此外，要注意高增益配置，这是因为耦合到运放中的噪声将导致噪声电平升高。电阻器的选择也十分关键，更大的阻值会产生更高的噪声。设计师可以利用估算约翰逊噪声(Johnson noise)或电阻噪声，这里R的单位是K欧姆，因此100K欧姆电阻产生大约40nV噪声!如果运用多个运算放大器，减少输出噪声，这里n是使用的放大器数量。对于LMV651而言，输出噪声将减少到大约12nV此外设计师必须考虑限制带宽以使噪声最小：设计师可以将一个小电容与反馈电阻并联使用，借此降低噪声。运算放大器的选择也取决于其它的器件。设计师面对的一个普遍挑战是为模数转换器(ADC)选择合适的运算放大器。尽管市场上有许多类型的数据转换器，但是运算放大器和模数转换器之间的匹配规则却不一样，设计师在做出选择之前必须认真考虑某些准则。大致浏览两种器件的数据手册将提供有用的信息，但这还不够。首先，挑选供电电压相同的运算放大器和模数转换器。然后选择THD+N小的运算放大器。如果不能查找到失真数据，就查看输出阻抗：输出阻抗小的运算放大器通常意味着更小的THD。速度是另外一个必须考虑的参数，尽管更快的运算放大器速度用起来很舒服，但必须考虑一些折衷因素，譬如更高的功率和偶尔的不稳定。根据选择的ADC，设计师应选择至少为ADC取样率50倍速度的放大器。转换速率也可能是一个限制因素，设计师可以根据2？fVp进行计算，这里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)要求放大器的转换速率至少为2.5V/μs。一旦确定了这些基本参数，设计师必须考虑稳定时间，该参数可能会产生误导。大多数制造厂商规定运算放大器的稳定时间在特定输入电压的0.1%或0.01%范围内。如果设计要求更高的精度，例如16位，那么就需要满量程0.0015%范围的参数。解决该问题的一个方法是利用下面的公式，基于模数转换器的精度来估计运算放大器的稳定时间：这里，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，稳定时间大约为1.4μs；精度为16位时，稳定时间是1.65μs。该公式只是一个近似算式，没有考虑到杂散电容、主板电感或模数转换器的输入电容，这些因素都将影响稳定时间。做出最终的选择之前，最重要的的指标之一是运算放大器的噪声，噪声较高的放大器会降低模数转换器的精度，给系统带来显著误差。开始计算电路总输出噪声之前(这可能是一项十分冗长乏味的工作)，最好先估计一下。这样设计师就知道是否应继续使用所选的放大器。该估计涉及到运算放大器在相关带宽上的综合电