如何快速在幾百幾千個型號中選擇你想要的運(yùn)放？

如何快速在幾百幾千個型號中選擇你想要的運(yùn)放？運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊茫茫多的參數(shù)怎么快速定位對你有用的參數(shù)？我們通常會覺得運(yùn)放是“最簡單”的模擬芯片，然而在應(yīng)用中卻經(jīng)常遇到許多麻煩。本章內(nèi)容首先分別以運(yùn)放的參數(shù)為步驟討論如何快速選擇你想要的運(yùn)放，然后以幾個典型應(yīng)用為例進(jìn)行分析。

1、Supply Voltage Range (Vcc)

選擇你所需要的運(yùn)放首先看運(yùn)放的供電電壓，對于運(yùn)放而言，并無絕對的單電源供電或雙電源供電的說法，只要供電電壓在spec以內(nèi)運(yùn)放就可以正常工作。一般工業(yè)中常見運(yùn)放供電高壓為36V，低壓為5.5V。（還有40V，24V，20V，12V電壓等級等等）

2、Input Common Mode Voltage Range（Vcm）

其次明確Vcm即輸入端對地的電壓。對于（RRIO）到軌運(yùn)放而言，Vcm超spec可能會導(dǎo)致輸入對Vee/Vcc的ESD保護(hù)管導(dǎo)通過流失效，對于芯片是不希望ESD導(dǎo)通的，即使導(dǎo)通也需要限制其電流而在輸入端加限流電阻。對于非到軌運(yùn)放，Vcm超spec會導(dǎo)致運(yùn)放工作在非線性區(qū)，具體工作異常模式要看芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)架構(gòu)。

(另外，如輸入為差分信號，需關(guān)注Differential Input Voltage Range)

以上兩點(diǎn)是初步選擇運(yùn)放最基礎(chǔ)的兩點(diǎn)。接下來討論基于不同應(yīng)用應(yīng)該如何對運(yùn)放參數(shù)適當(dāng)選擇？主要討論以下幾個參數(shù)：Input Offset Voltage (Vos)，Phase Margin，Open-Loop Voltage Gain (Aol)，Output Short-Circuit Current（Isc）。

3、Input Offset Voltage (Vos)

第一篇文章介紹了Vos的基本概念和對運(yùn)放的影響，簡單來說就是當(dāng)你放大100倍的時候，一個Vos為1mV的運(yùn)放，到輸出會帶來100mV的誤差。綜合考慮全溫度范圍內(nèi)的Vos以及全溫度范圍內(nèi)的電阻精度誤差來確定所選運(yùn)放是否滿足系統(tǒng)進(jìn)精度要求。例如運(yùn)放用于采樣基準(zhǔn)電壓輸出給ADC的REF；shunt 電流采樣等。

4、Phase Margin

對于系統(tǒng)穩(wěn)定性的理解，最直觀的體現(xiàn)就是波形出現(xiàn)震蕩。第二章介紹了如何計(jì)算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)相位裕度為20°時，輸出的超調(diào)量高達(dá)55%，輸出震蕩。相位裕度低，從時域來看整個環(huán)路當(dāng)中存在“延時”，使輸出不能及時反饋給輸入造成震蕩。因此當(dāng)整個環(huán)路中存在較多RC 、C（有些RC是隱形的，比如環(huán)路里有MOS管，MUX等）就需要選擇phase margin較大的運(yùn)放，如果數(shù)據(jù)手冊沒有標(biāo)注，可以通過Aol與phase margin的Bode 圖直接觀察，對應(yīng)增益為1 放大倍數(shù)為0dB處對應(yīng)的相位裕度與-180度的距離。

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(有些數(shù)據(jù)手冊沒有Phase Margin vs Capactive Load曲線)

5、Open-Loop Voltage Gain (Aol)

運(yùn)放正常工作的條件是處于深度負(fù)反饋狀態(tài)?？梢哉J(rèn)為在同樣的應(yīng)用場合，運(yùn)放的Aol越大，越接近理想狀態(tài)。即除誤差外，Aol越大，輸出值越接近應(yīng)用者所期望值。

進(jìn)一步理解Aol對系統(tǒng)的影響： buffer電路，假使給同相端一個基準(zhǔn)電壓，輸出端串聯(lián)的電阻Ro有瞬變激勵信號產(chǎn)生。此時運(yùn)放的反向端與輸出端應(yīng)該是什么狀態(tài)？理想情況下，同向與反向端一致，而輸出跟隨反向端都是維持穩(wěn)態(tài)基準(zhǔn)電壓不變。這種情況下，Aol越大，運(yùn)放的響應(yīng)速度越大，輸入能夠保持一致的能力越強(qiáng)。

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6、Output Short-Circuit Current（Isc）

繼續(xù)討論上述案例，Ro上激勵信號的能量不會平白消失，這部分能量需要運(yùn)放去拉住。這需要看運(yùn)放輸出電流的sink能力。另外評估運(yùn)放驅(qū)動負(fù)載能力也是看Isc。數(shù)據(jù)手冊中也會有Supply Voltage-Isc 與Output Voltage-Isc 的曲線圖。

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總的來說，運(yùn)算放大器的應(yīng)用場景非常多，從普通的跟隨電路，放大電路，到各種濾波器電路，變化多樣，歸根結(jié)底還是要結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用的需求來選擇適合的器件。