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汽車電子設(shè)計之運(yùn)放實(shí)際選型的步驟

嘉峪檢測網(wǎng)        2021-06-22 14:28

運(yùn)算放大器在電子設(shè)計中有著廣泛而重要的應(yīng)用,但其基本的功能有兩個:信號調(diào)理和驅(qū)動(非功率驅(qū)動,此處為信號級驅(qū)動)。這對汽車電子設(shè)備中的運(yùn)放來說,也同樣適用。本文著重從以下幾點(diǎn)來談:(1)理想放大器的基本特征;(2)實(shí)際選型的步驟——由此來理解運(yùn)放選型過程中需要注意的典型問題,以及在應(yīng)用下需要注意的一些參數(shù),以滿足系統(tǒng)和功能的一些運(yùn)用。


(1)理想放大器的基本特征
理想的運(yùn)放的特性指標(biāo):
  ■ 無窮大的開環(huán)增益
  ■ 無窮大的帶寬
  ■ 無窮大的輸入阻抗(導(dǎo)致了零輸入電流)
  ■ 無窮大的壓擺率
  ■ 零輸出偏置電壓
  ■ 零輸出阻抗
  ■ 零噪聲
  ■ 零成本


(2)實(shí)際選型的步驟
在現(xiàn)實(shí)的設(shè)計和使用中,我們找不到所謂的“理想”運(yùn)放。但我們可以依據(jù)實(shí)際電路設(shè)計的需要,通過合理的一步步篩選得到我們所需要的運(yùn)放。以下就給出了一些基礎(chǔ)的步驟:
  2.1)電路的用途
  2.2)通道數(shù)
  2.3)關(guān)心的參數(shù)
  2.4)價格
  2.5)尺寸
  2.6)互換性


2.1)電路的用途
確定電路的用途如同一個分水嶺,可以把你從數(shù)以萬計的運(yùn)放的選型中解脫出來。需要感謝半導(dǎo)體公司,他們已經(jīng)幫助我們進(jìn)行了初步的歸類和篩選,讓電路設(shè)計者有了初步的方向。
但也需要小心半導(dǎo)體公司的一些推薦手冊,因為有些時候為了推廣自己的產(chǎn)品,也會推薦一些超過你設(shè)計需求的器件。在確定了用途之后,就可以進(jìn)行第二步的選擇了。
2.2)通道數(shù)
通道的數(shù)目決定了在一顆運(yùn)放中集成了幾個同樣的運(yùn)放單元。一般的半導(dǎo)體公司會在同一個出品封裝中包含一、二或四個器件以滿足不同設(shè)計以及場合的應(yīng)用需求。這些集成在一個芯片內(nèi)部的運(yùn)放單元,具有相同電學(xué)參數(shù)。一般可以考慮互換使用,需要注意的是,在需要考慮串?dāng)_以及通道分離度的場合,用二個同類運(yùn)放來實(shí)現(xiàn),可以獲得更好的設(shè)計效果。
2.3)關(guān)心的參數(shù)
關(guān)心的參數(shù)分為二大類:用作信號調(diào)理需考慮的主要參數(shù),以及用作驅(qū)動考慮的主要參數(shù)。
2.3.1 用作信號調(diào)理需考慮的主要參數(shù)
運(yùn)放在信號鏈中用作信號調(diào)理的主要作用:
  • 放大/衰減
  • 濾波
  • 隔離/從輸入端作為緩沖器隔離
  • 隔離/從信號端作為緩沖器隔離
  • 轉(zhuǎn)換(例如V/I轉(zhuǎn)換)
  • 阻抗匹配
由此可以看出在實(shí)際的選型中需要關(guān)注表2中所列出的內(nèi)容。
  ■ 信號類型
    o 單端信號
    o 差分信號
  ■ 性能參數(shù)
    o 輸入失調(diào)電壓(Vos):uV范圍可以接受
    o 輸入失調(diào)電流(Ib):<20pA可以接受
    o 共模抑制比(CMRR):>90dB可以接受
    o 電源抑制比(PSRR):>90dB可以接受
    o 增益帶寬積(GBW):大于450MHz
    o 總諧波失真(THD)
  ■ 供電電壓(Vs):+1.8V~+36V
  ■ 靜態(tài)電流(Iq):uA范圍可以接受
上述信號類型決定著我們是選用單端信號還是全差分信號的運(yùn)放,這也是一個重要的選擇依據(jù)。確定了這點(diǎn),就可以把性能參數(shù)這些指標(biāo)拿出來作為技術(shù)評審的依據(jù)了。注意這不是萬能不變的法則。性能參數(shù)這些指標(biāo)只是給出了一個大致選擇的框架和方向,實(shí)際的選型還是需要依據(jù)具體的設(shè)計來確定,在這里就不一一展開闡述。
2.3.2 用作驅(qū)動考慮的主要參數(shù)
驅(qū)動放大器的一些初步選型原則:
  ■ 精密放大器,輸入失調(diào)電壓Vos<500uV
  ■ 低電壓放大器,Vs<2.7V
  ■ 低功耗放大器,IQ<1mA
  ■ 寬電壓放大器,電壓范圍越寬越好
  ■ 一般用途放大器
表3:用作驅(qū)動需要考慮的主要參數(shù)
表3中所說驅(qū)動放大器是指信號級的放大器,不包括功率級的放大器。由于放大器的種類很多,只能列舉一些常規(guī)放大器的選型原則作為參考。
2.4)價格
在完成了參數(shù)選取后,價格就是一個重要因素用來進(jìn)行權(quán)衡了。一般來說,同樣的器件不同的公司都有生產(chǎn),但是參數(shù)卻不完全相同,國際知名制造商的參數(shù)一般高于非知名品牌。
當(dāng)然價格也會高于非知名品牌(因為質(zhì)量有保證)。這就要看項目的具體需求來權(quán)衡是選用知名品牌器件還是非知名品牌了。
2.5)尺寸
在PCB面積寸土寸金的時代,越小的尺寸意味著越小的PCB的面積占用(當(dāng)然前提是滿足功耗和散熱的需求)?;谶@個原因,越來越多器件的尺寸在往小型化和迷你封裝的方向上發(fā)展,一個是為了降低芯片的成本(因為芯片的相當(dāng)一部分成本來自于封裝成本),另外一個原因是為了提高同其他同類產(chǎn)品的市場競爭力。
2.6)互換性
為了保證日后批量生產(chǎn)的供貨穩(wěn)定性,設(shè)計中也需要考慮互換性,甚至在做設(shè)計驗證(DV)時,要把可以互換性的IC也做一次設(shè)計驗證,以確保能滿足產(chǎn)品的設(shè)計要求。當(dāng)然這會增加一些開發(fā)成本,然而如果產(chǎn)品的重要性比這些增加的成本更加重要,互換性就需要重點(diǎn)考慮了。

 

汽車電子設(shè)計之運(yùn)放實(shí)際選型的步驟

 

圖1:放大器的選型步驟


圖1對放大器的選型步驟做了初步的總結(jié)。但是按照設(shè)計的步驟在完整的設(shè)計中選用合適的運(yùn)放,還是需要花時間去閱讀數(shù)據(jù)手冊來做最后確定。

 

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來源:面包板社區(qū)

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