TI 工业用放大器简介(上) - 信号链的基础知识

大家好

我们是分三部分

就是一开始会讲一些运放的基本知识

后面会讲一下我们新的产品

然后就是我们的一些论坛的支持

大家看这就是

我们实际运放的一个信号链的框图

它的话就是分为前面的一些物理量

比如温度、一些声音

还有一些压力之类的

然后经过运放

然后调理以后进入 ADC

然后等到往下走

然后再到 DAC

然后再到运放输出

它中间会有一些参考

还有一些电流管理的东西在里面

其实这里面比较重要

其实其他方面这里面大家也知道

重要的一部分可能就是我们这个运放这一块

后面会讲一下

运放是什么

这个都比较简单

那我就快速地过一下

运放就是通过进去的信号

然后都通过这个增益

然后出来一个信号

或者放大或者衰减

或者是整流之类的

关键还是它的一个电阻网络在里面

运放可以分为

一个是刚才我们看到那个框图

它可以分为信号链的输入部分

和信号链的输出部分

那信号链的输出那个信号调理

我们可以有一些放大在里面

或者滤波或者是一些隔离

然后输出的话就是驱动部分

包括 VI

VI 转换还有一些

也有放大或者衰减在里面

这是一个就是我们信号调理这个目的

就是提供增益或是电平转换

或者是做一些 buffer

或者是做一些滤波

我们在就是从模拟到数字的一个转换的时候

我们就会考虑它的

我们需要这个运放一些作用

这个就是我们在考虑的时候

我们考虑是我们信号太大

我们会做一级衰减

信号太小

我们再做一级放大

或者我们的信号

噪声太大

我们做一下滤波

当然不止这些

这个就是我们做放大或者做衰减的一个东西

还有就是我们会做一些抽取

或者做一些滤波

还有就是做一个电平转换

比如我们一些输入的信号

可能是正负信号

那我们会做一下电平抬升

抬升到 0V 以上

这个我就快速过一下

刚才也有讲到

我们选择运放的一些比较 Key 的 Specs

可能更实际

我们考虑一些电源的供电范围

还有就是增益的放大倍数

增益的带宽

还有输入输出的一些范围

还更 Key 的一些

可能我们要考虑到它的 offset

它的偏置电流

还有它的共模抑制比

和供电电源抑制比

那我们考虑到我们需要做的一些事

做的一些目的以后

那我们就会选择我们的

运放的一个反馈网络

那我们就会选择它到底是反向放大

还是正向放大

还有积分或者是滤波

这个是我们通常所用的运放的一个分类

就是运算放大器的话可能就是个乘法

差分的话就是减

还有就是仪表运放

包括可编程的一些仪表运放

根据运放的不同的输入或者输出

我们可分为一些

比如说 Bipolar 、JFET、CMOS

那 TI 有很多运放

那我们除了这些

基本上运放其他部分都是差不多的

结构什么的都是差不多的

而一个理想运放的话

那么肯定希望它输入阻抗无限大

然后输入的电流为零

还有就是它的供电的轨可以无限小

也可以无限大

它的共模抑制比是无限大

那输出我们希望输出阻抗是零

然后它输出的电流是无限大

还有一个关注的一点

就是我们希望它价格便宜

基本上如果白送更好

还有它的尺寸越小越好

那实际上我们考虑的可能它是一个动态

它的其实它输出是一个

它的输出本身其实有一个范围

比如举这个例子

OPA333 它其实在负载电阻 10kΩ 的话

它就是在整个温度范围内

它其实是有一个 70mV 的一个偏差的

就是和轨有一个 70mV 的一个偏差

那我们就考虑到它的影响

这个是一个 12 位的 ADC

那它的基准是 2.048V 的一个基准

那我们对应每一个 LSB 的话就是 0.5mV

那么刚才看那个 OPA333

输出的话

如果对应是在它典型的位置的话

50mV 的话

那对应就会有一百个 LSB 没有用到

那对应整个的范围的话

就会有 70mV

还有 offset 的影响

offset 的话我们理想可能就输出零了

实际上当输入为零的时候

它其实是有一个偏差的

这个是它的一个影响

我们计算的时候可以

这是一个偏差

然后它的增益在这里可以算出来

这个其实影响

跟那个我们刚才看到它输入反应

其实是差不多的

那么我们 offset 的话

如果只是 offset 我们是可以校准的

实际上我们这个 offset 是跟温度有关系的

它在整个温度范围是有漂移的

所以这个校准是没法用软件来补偿的

那这个时候我们就可能会选一些

低温漂的

比如说我们一些零温漂的一些运放

就可能会更好一些

这是一个对比

OPA348 的话

它的温漂 4μV

这种零温漂的话

它就会小很多，0.02μV

还就是输入阻抗

我们希望它输入阻抗越大越好

实际上它是肯定是不一样的

还有就是它的那个偏置电流

偏置电流的话

它的影响我们可以计算的话

可以直接用这个公式来计算

这个是一个 Ib 的影响

这是一个电流光敏 sensor

然后它的影响可以直接

直接是 Rb 乘以 Rf

还有就是开环增益

开环增益的话

我们希望它环路无限大

然后增益无限大

那实际上它肯定是有一个带宽的

还有就是 slew rate

实际上我们是希望它

尽快地跟随我们的信号的一个变化

这是一个对比

我们看到一个就是单边运放

对应上来就是我们普通的运算放大器

那我们接的时候会是反向输入

或者是正向输入

那实际上还有一种运大器叫差分运放

差分运放的话

它是两端都可以输入的

当然我们这种也可以这么接

这个像这种运放的话

它会把这些关于

阻容器、电阻集中到运放里面去

这样的话我们做一些匹配

电阻网络就不需要做很多的

一些匹配工作在里面

这是一个差分运放和普通运放的一个例子

像我们如果是差分运放的话

我们放大的话像这一个桥式网络的话

我们放大的话只会放大它的差模信号

那如果说我们用普通运放的话

那我们得到的一个信号是

一个是差分的一个增益

还有一个共模的一个增益

这是差分运放的一个内部结构图

就是它把电阻集成进去

这样的话它的输入的共模

可以超过它的电源轨

这是我们考虑差分运放的一些 Specs

这个基本上和我们普通运放

也是基本上是一样

还有就是我们日常用的可能会

有一个比较 Concern 的地方

就是比较迷惑的地方

这种到底是用差分运放

还是用那个仪表运放

这是仪表运放的一个框图

这是一个对比

仪表运放的话

它的输入阻抗是比较大的

相对来讲的话

差分运放它输入阻抗就比较小

我们可以看到

其实它是受到电阻网络的一个影响

还有就是它比较高的共模抑制比

大家知道仪表运放是三个运放集成的

还有就是它的高增益

相比之下就是差分运放它比较好的一点

就是它的共模输入范围可以超过它的轨

这是一个电池 ECG 的一个例子

说它的输入的整个共模的一个范围

其实是 1.5V

那它两个极的输入是 300mV

那它差分比较值其实只有 2.5mV

那么我们计算我们放大增益为 1 的时候

其实我们就可以很快地计算出来

前面讲了它一些

就是运放的一些基本知识

就比较简单

然后后面这里就是

TI 有的运放所有的一些型号

比如说一些精密运放

还有一些高速运放

还有一些低功耗仪表运放

大家好

我们是分三部分

就是一开始会讲一些运放的基本知识

后面会讲一下我们新的产品

然后就是我们的一些论坛的支持

大家看这就是

我们实际运放的一个信号链的框图

它的话就是分为前面的一些物理量

比如温度、一些声音

还有一些压力之类的

然后经过运放

然后调理以后进入 ADC

然后等到往下走

然后再到 DAC

然后再到运放输出

它中间会有一些参考

还有一些电流管理的东西在里面

其实这里面比较重要

其实其他方面这里面大家也知道

重要的一部分可能就是我们这个运放这一块

后面会讲一下

运放是什么

这个都比较简单

那我就快速地过一下

运放就是通过进去的信号

然后都通过这个增益

然后出来一个信号

或者放大或者衰减

或者是整流之类的

关键还是它的一个电阻网络在里面

运放可以分为

一个是刚才我们看到那个框图

它可以分为信号链的输入部分

和信号链的输出部分

那信号链的输出那个信号调理

我们可以有一些放大在里面

或者滤波或者是一些隔离

然后输出的话就是驱动部分

包括 VI

VI 转换还有一些

也有放大或者衰减在里面

这是一个就是我们信号调理这个目的

就是提供增益或是电平转换

或者是做一些 buffer

或者是做一些滤波

我们在就是从模拟到数字的一个转换的时候

我们就会考虑它的

我们需要这个运放一些作用

这个就是我们在考虑的时候

我们考虑是我们信号太大

我们会做一级衰减

信号太小

我们再做一级放大

或者我们的信号

噪声太大

我们做一下滤波

当然不止这些

这个就是我们做放大或者做衰减的一个东西

还有就是我们会做一些抽取

或者做一些滤波

还有就是做一个电平转换

比如我们一些输入的信号

可能是正负信号

那我们会做一下电平抬升

抬升到 0V 以上

这个我就快速过一下

刚才也有讲到

我们选择运放的一些比较 Key 的 Specs

可能更实际

我们考虑一些电源的供电范围

还有就是增益的放大倍数

增益的带宽

还有输入输出的一些范围

还更 Key 的一些

可能我们要考虑到它的 offset

它的偏置电流

还有它的共模抑制比

和供电电源抑制比

那我们考虑到我们需要做的一些事

做的一些目的以后

那我们就会选择我们的

运放的一个反馈网络

那我们就会选择它到底是反向放大

还是正向放大

还有积分或者是滤波

这个是我们通常所用的运放的一个分类

就是运算放大器的话可能就是个乘法

差分的话就是减

还有就是仪表运放

包括可编程的一些仪表运放

根据运放的不同的输入或者输出

我们可分为一些

比如说 Bipolar 、JFET、CMOS

那 TI 有很多运放

那我们除了这些

基本上运放其他部分都是差不多的

结构什么的都是差不多的

而一个理想运放的话

那么肯定希望它输入阻抗无限大

然后输入的电流为零

还有就是它的供电的轨可以无限小

也可以无限大

它的共模抑制比是无限大

那输出我们希望输出阻抗是零

然后它输出的电流是无限大

还有一个关注的一点

就是我们希望它价格便宜

基本上如果白送更好

还有它的尺寸越小越好

那实际上我们考虑的可能它是一个动态

它的其实它输出是一个

它的输出本身其实有一个范围

比如举这个例子

OPA333 它其实在负载电阻 10kΩ 的话

它就是在整个温度范围内

它其实是有一个 70mV 的一个偏差的

就是和轨有一个 70mV 的一个偏差

那我们就考虑到它的影响

这个是一个 12 位的 ADC

那它的基准是 2.048V 的一个基准

那我们对应每一个 LSB 的话就是 0.5mV

那么刚才看那个 OPA333

输出的话

如果对应是在它典型的位置的话

50mV 的话

那对应就会有一百个 LSB 没有用到

那对应整个的范围的话

就会有 70mV

还有 offset 的影响

offset 的话我们理想可能就输出零了

实际上当输入为零的时候

它其实是有一个偏差的

这个是它的一个影响

我们计算的时候可以

这是一个偏差

然后它的增益在这里可以算出来

这个其实影响

跟那个我们刚才看到它输入反应

其实是差不多的

那么我们 offset 的话

如果只是 offset 我们是可以校准的

实际上我们这个 offset 是跟温度有关系的

它在整个温度范围是有漂移的

所以这个校准是没法用软件来补偿的

那这个时候我们就可能会选一些

低温漂的

比如说我们一些零温漂的一些运放

就可能会更好一些

这是一个对比

OPA348 的话

它的温漂 4μV

这种零温漂的话

它就会小很多，0.02μV

还就是输入阻抗

我们希望它输入阻抗越大越好

实际上它是肯定是不一样的

还有就是它的那个偏置电流

偏置电流的话

它的影响我们可以计算的话

可以直接用这个公式来计算

这个是一个 Ib 的影响

这是一个电流光敏 sensor

然后它的影响可以直接

直接是 Rb 乘以 Rf

还有就是开环增益

开环增益的话

我们希望它环路无限大

然后增益无限大

那实际上它肯定是有一个带宽的

还有就是 slew rate

实际上我们是希望它

尽快地跟随我们的信号的一个变化

这是一个对比

我们看到一个就是单边运放

对应上来就是我们普通的运算放大器

那我们接的时候会是反向输入

或者是正向输入

那实际上还有一种运大器叫差分运放

差分运放的话

它是两端都可以输入的

当然我们这种也可以这么接

这个像这种运放的话

它会把这些关于

阻容器、电阻集中到运放里面去

这样的话我们做一些匹配

电阻网络就不需要做很多的

一些匹配工作在里面

这是一个差分运放和普通运放的一个例子

像我们如果是差分运放的话

我们放大的话像这一个桥式网络的话

我们放大的话只会放大它的差模信号

那如果说我们用普通运放的话

那我们得到的一个信号是

一个是差分的一个增益

还有一个共模的一个增益

这是差分运放的一个内部结构图

就是它把电阻集成进去

这样的话它的输入的共模

可以超过它的电源轨

这是我们考虑差分运放的一些 Specs

这个基本上和我们普通运放

也是基本上是一样

还有就是我们日常用的可能会

有一个比较 Concern 的地方

就是比较迷惑的地方

这种到底是用差分运放

还是用那个仪表运放

这是仪表运放的一个框图

这是一个对比

仪表运放的话

它的输入阻抗是比较大的

相对来讲的话

差分运放它输入阻抗就比较小

我们可以看到

其实它是受到电阻网络的一个影响

还有就是它比较高的共模抑制比

大家知道仪表运放是三个运放集成的

还有就是它的高增益

相比之下就是差分运放它比较好的一点

就是它的共模输入范围可以超过它的轨

这是一个电池 ECG 的一个例子

说它的输入的整个共模的一个范围

其实是 1.5V

那它两个极的输入是 300mV

那它差分比较值其实只有 2.5mV

那么我们计算我们放大增益为 1 的时候

其实我们就可以很快地计算出来

前面讲了它一些

就是运放的一些基本知识

就比较简单

然后后面这里就是

TI 有的运放所有的一些型号

比如说一些精密运放

还有一些高速运放

还有一些低功耗仪表运放