运放电路设计实战

输入失调电压（Input Offset Voltage）Vos

• 将运放的两个输入端接地，理想运放输出为零。但实际运放输出不为零。将输出电压除以增益得到的等效输入电压称为输入失调电压。
• 一般定义为运放输出为零时，两个输入端之间所加的补偿电压。该值反映了运放内部电路的对称性，对称性越好，输入失调电压越小。
• Vos越小，芯片价格就越贵。

• 规格书上一般给出了1）25c典型值；2）全温度值。我们在选择运放的时候，还是要看全温度的最大值。因为我们很难预测产品用在什么情况下。所以为了保证worst case design。我们要选考虑Vos的最大值。

输入失调电压的温漂（Offset Voltage Drift）

• 又叫温度系数TC VOS，高精度的是几个nV/C，一般为几个uV/C
• 输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）αVIO：定义为在给定温度范围内，输入失调电压的变化与温度变化的比值。
• 作为输入失调电压的补充，便于计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的输入失调电压漂移大小。

输入偏置电流（Input Bias Current）IB

• 定义为当运放的输出直流电压为零时，运放两输入端流进或流出直流电流的平均值。
• 输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输入偏置电流与制造工艺有一定关系。
• I~B ~比较大，对原信号影响大，相当于对原信号有了个分压。
• 一般是pA级，nA级。

• 上图是Ib和Vos的一个等效示意图。Ib是流向地的。Vos叠加在输入端的。Vos可能是正，也可能是负，正的话，就是在信号上叠加，负的话，就是在原信号上扣除。运放所谓的线性，也是在扣除或者叠加Vos之后，表现出的特性。也可以从软件端扣除Vos的影响。

输入失调电流（Input Offset Current）Ios

• 是Ib的补充
• 输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端偏置电流的差值（同相端Ib与反向端Ib的差值）。输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电流电流越小。

共模电压输入范围（Input Common-Mode Voltage Range）Vcm

• 运放两输入端与地间能加的共模电压的范围。
• Vcm“包括”正、负电源电压时为理想特性。
• 所谓“Rail to Rail Input”就是指输入共模电压范围十分接近电源轨，一般可以低于负电源轨，而稍微低于正电源轨。

输出动态范围特性（Output Characteristics）

• 即输出电压范围，所谓“Rail to Rail Output”即轨对轨输出，输出Voh、Vol极为接近供电轨，会有几十mV的距离，也与负载有关。

输出电流特性（Short Circuit Limit）

• 即运放的带载能力，一般会给出Sink、Source电流大小，也有运放只给出短路时的极限电流。这个参数，设计时候，要考虑最小值。

压摆率（Slew Rate）SR

• 也称转换速率，定义为：运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）输入到运放输出端，从运放的输出端测运放的输出上升速率。
• 由于在转换期间，运放的输出端处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作用，也就是转换速率与闭环增益无关。

增益带宽积（Gain Bandwidth Product）GBP

• 单位增益带宽定义：运放的闭环增益为1倍条件下，讲一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。 这个参数决定了单级放大倍数。

开环增益（Open-Loop Voltage Gain）Aol

• 定义为当运放工作于线性区时，运放输出电压与差模电压输入电压的比值。
• 由于差模开环直流电压增益很大，大多数运放的差模开环直流电压增益一般在数万倍或更多，用数值直接表示不方便比较，所以一般采用分贝方式记录和比较。
• 理想运放的开环增益为无穷大，实际运放一般在80dB – 150dB。

共模信号抑制比（Common Mode Rejection）

• 共模抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放差模增益与共模增益的比值。即在运放两端输入端与地间加相同信号时，输入、输出间的增益称为共模电压增益AVC，则CMRR = AV/AVC
• 共模抑制比是一个极为重要的指标，它能够抑制共模输入的干扰信号。值越大，运放能够抑制干扰的能力越强。也越贵。

电源纹波抑制比（Supply Voltage Rejection）

• 定义为运放工作于线性区时，运放输入失调电压随电源电压的变化比值。即正、负电源电压变化时，该变化量出现在运放的输出中，并将其换算为运放输入的值。
• 若电源变化△Vs时等效输入换算电压为△Vin，则PSRR = △Vs/△Vin。
• 电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。
• 高频对应PSRR值会变小，所以，一般考虑layout上，在运放电源管教附近加电容来滤掉电源中的高频噪声。

噪声密度（Noise Density）

• 运放本身内部电路也有固有存在的噪声，氛围电压噪声和电流噪声。
• 通常规格书中以 nV/rtHz 和 pA/rtHz 来表示，也就是与频率相关的一个指标。
• 参数越小，运放自身引入到系统的噪声也越小。
• 做音频处理时候，会选择该参数小的，比如LMV721，LMV722（8.5nV/rtHz，1kHz以下）