运算放大器和低静态电流的重要性

小型电池供电产品的增加使运算放大器（op amp）的功耗成为人们关注的焦点。本应用笔记讨论了为什么低静态电流是运算放大器的一个重要特性，特别是对于便携式应用。

介绍

运算放大器（op amp）自1940年代以来已经走了很长一段路，当时它们首次以早期形式出现。他们 自首次推出以来，设计一直在不断发展，因此在数字时代，它们仍然可以满足 新兴应用的需求。本应用笔记讨论了低静态电流在 适用于运算放大器，尤其适用于便携式应用。

运算放大器：模拟保险

您可以将运算放大器视为模拟保险。作为模拟电路中的关键构建模块，运算放大器长期发挥着作用 管理有用的功能，如反馈控制、微分、加法、乘法和积分。带数字 系统，这些组件可用于模数转换器 （ADC）、数模转换器等应用 （DAC）、缓冲器和稳压电源。它们在确保设计中的电压电平达到其位置方面的作用 应该是关键的。运算放大器还起着重要的信号调理作用，确保模拟信号干净 在它们转换为数字信号之前。

我们现在在日常使用中拥有越来越多的电池供电产品。其中许多，例如可穿戴设备和耳戴式设备， 采用非常小的外形尺寸。因此，运算放大器的功耗受到更严格的审查。对于便携式应用， 运算放大器必须采用较低且通常为单电源的正电源电压工作。它们还必须消耗更少的电流。甚至 有了这些规格，一些运算放大器仍然必须在更高的频率或更低的噪声下工作，同时消耗更少 当前。这无疑带来了一些设计挑战。

好消息是，运算放大器正在不断发展和进步。这些模拟组件变得越来越精确， 提供更好的热漂移和长期漂移。电源电流正在减小，器件也越来越小。部分集成电路供应商 开发用于特定用途的运算放大器。例如，有些部件专为精度和低噪声而设计，而有些则提供 高压。也可能有一些变化具有低功耗、小型封装和具有低输入偏置电流的CMOS输入。这种器件类型系列非常适合各种应用，包括小型电池供电设计。

我有多低Q支持更长的电池寿命

静态电流（IQ）是另一个值得仔细考虑的规格。静态电流是指电路的 当它不驱动任何负载并且其输入不循环时处于安静状态。它通常是名义上的;但是，它确实有一个 对电池寿命产生重大影响，尤其是在可穿戴设备、耳戴式设备和物联网 （IoT） 传感器节点方面。这些 产品类型通常设计为定期唤醒以执行某些操作。之后，它们重新进入待机状态 模式。一些产品，如医疗贴片，可能会在库房货架上保留很长时间，然后再 投入使用。对于所有这些产品，用户都希望电池寿命长。

电池寿命是根据中央控制单元的活动、睡眠和休眠电流计算的，例如 微控制器。电源为系统的所有功能块提供能量。同时有功电流消耗 在延长电池寿命方面起着重要作用，运行时间最终受每个电源花费的时间的影响 模式。因此，由于睡眠和休眠模式在设备中占用的时间较长，因此每种模式的待机电流 组件变得更加关键。在这种情况下，电源的静态电流是待机的最大贡献因素 系统中的功耗。这就是为什么使用低静态组件构建电源是谨慎的原因 当前。

例如，考虑由锂纽扣电池供电的小型设备，具有以下规格：

34mAh，3V至2V端电压

每年 1% 的自放电，相当于 39nA 的自放电电流

10 年工作寿命，390nA 平均负载

对于长时间处于空闲模式的器件，具有低静态电流（例如纳安级）的运算放大器可以 显著节约能源。例如，让我们看一个物联网传感系统，该系统每通电15ms。 分钟进行测量。该系统平均每小时消耗2.5μA电流。使用我们的锂纽扣电池 物联网传感系统示例（34mAh额定值）应为电路供电18.6个月。甚至增加运算放大器的损耗 在1.5μA的低电流下，有60%的大幅损耗。相比之下，如果我们使用具有纳安电流水平的运算放大器， 这部分造成的损失将减少到30%左右。

更快的上市时间

除了用作分立元件外，运算放大器功能还可以集成到片上系统（SoC）中。 然而，使用 SoC 进行设计可最大程度地降低分立元件提供的灵活性。这种方法还可以扩展 设计周期，因为应用程序开发人员必须与SoC供应商合作（并等待）创建适合设计的芯片 特定规格。鉴于快速上市对于可穿戴设备、耳戴式设备和 物联网设备，谨慎的做法是使用具有低静态电流的小型分立运算放大器。

Maxim的MAX40007毫微功耗运算放大器非常适合小型电池供电的便携式产品，如可穿戴设备、智能手机、 平板电脑和医疗设备。如图1所示，MAX40007仅消耗750nA电流，采用1.1mm x 0.76mm WLP封装。它可以 也可以快速设计。凭借其小尺寸和低静态电流，该IC适合早期设计——当使用不会占用太多电路板空间或增加大量电流消耗的分立器件时，这可能是一个 上市时间优势。运算放大器采用1.7V至5.5V单电源供电，可由相同的1.8V、2.5V或3.3V或 <>.<>V 标称电源，为系统微控制器供电。

图1.MAX40007毫微功耗运算放大器采用超纤巧型WLP和SOT23封装。

作为最终应用的示例，请考虑图2所示的便携式患者监护设计。在左侧 处理器，在信号链模块中，两个运算放大器用于滤除来自脉搏血氧仪的信号，安全 身份验证和血压传感器在由ADC处理之前。作为便携式设备，该患者 监控设计可受益于其底层组件的低静态电流和小尺寸。

图2.患者监护设计示例框图，显示了内部的关键组件。

结论

小型电池供电产品的激增使运算放大器的功耗成为人们关注的焦点。这些模拟 组件越来越精确，功耗越来越低，而且越来越小。非常小的运算放大器，具有低静态功耗 电流 （IQ） 已被证明是满足日益普及的电池供电设备设计要求的理想选择 例如可穿戴设备、耳戴式设备和物联网传感器。

审核编辑：郭婷