使用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)電路很難建立一種程式化模式，除了偶爾使用誤差預(yù)算。雖然模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師對(duì)運(yùn)算放大器有專門(mén)的考慮，但他們都是依靠經(jīng)驗(yàn)判斷哪些參數(shù)最終會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。放大器的任務(wù)范圍包括從簡(jiǎn)單的將信號(hào)源與負(fù)載隔離，到獲取增益、移動(dòng)直流電平和加大負(fù)載電流。一旦電路中的任務(wù)確定，設(shè)計(jì)工程師就開(kāi)始計(jì)算滿足這些任務(wù)要求的放大器參數(shù)。多數(shù)計(jì)算都很容易，即使對(duì)新手而言，計(jì)算運(yùn)算放大器必須提供的電流值和需要的余量也十分簡(jiǎn)單。但是還有很多其它參數(shù)會(huì)影響電路的性能，例如全功率帶寬、轉(zhuǎn)換速率、輸入失調(diào)電壓、偏置電流、失調(diào)電流、開(kāi)環(huán)增益、共模抑制比（CMRR）以及允許的輸入差分電壓，這些僅是其中幾個(gè)參數(shù)。

由于很大程度上是依賴經(jīng)驗(yàn)察覺(jué)這些參數(shù)將導(dǎo)致性能受到影響，所以對(duì)新系統(tǒng)采用程式化模式設(shè)計(jì)容易產(chǎn)生偏差。例如，考慮一個(gè)從很窄的頻率帶寬變成很寬的頻率帶寬的設(shè)計(jì)。放大器不僅必須用全功率帶寬和轉(zhuǎn)換速率定義的效應(yīng)來(lái)支持這個(gè)更高的絕對(duì)頻率，而且開(kāi)環(huán)增益會(huì)隨著頻率的增大而減小，導(dǎo)致電路的增益在頻率端點(diǎn)處相差很大。盡管在窄帶條件下沒(méi)有發(fā)生問(wèn)題，但是對(duì)于高頻寬帶應(yīng)用增益誤差往往會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)。許多工程師在初次進(jìn)行寬頻帶設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)忽略這個(gè)誤差。

圖1：設(shè)計(jì)工具：放大器參數(shù)評(píng)估工具。

許多人可能會(huì)提出反駁說(shuō)可以使用SPICE來(lái)做仿真和觀察這種誤差。雖然使用SPICE是一種很好的嘗試，但是SPICE并不是萬(wàn)能的。在這種情況下，仔細(xì)的工程師會(huì)使用交流分析方法觀察增益誤差在頻率端點(diǎn)處的差異。但這要在完成參數(shù)搜索、查看數(shù)據(jù)手冊(cè)和模型下載的過(guò)程之后才能進(jìn)行。如果限制參數(shù)是轉(zhuǎn)換速率，那么在問(wèn)題開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)瞬態(tài)分析進(jìn)行視覺(jué)觀察根本就無(wú)法檢查出來(lái)。另外SPICE依賴于精確模型，如果轉(zhuǎn)換速率或主極點(diǎn)的模型不夠精確，那么要正確分析這些例子可能非常困難，或者不可能實(shí)現(xiàn)。Boyle宏觀模型，甚至更先進(jìn)的建模方法通常也有折衷，這使得其難以實(shí)現(xiàn)所有參數(shù)的精確行為建模，這就牽扯到另外一個(gè)話題了。使用SPICE還存在其它一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)。不是所有版本的SPICE都是通用的，因此該模型可能需要用戶調(diào)整，特別是處理多項(xiàng)聲明時(shí)。另外仿真的收斂也是一個(gè)問(wèn)題，它會(huì)導(dǎo)致一些無(wú)法預(yù)計(jì)的結(jié)果。SPICE不提供關(guān)于哪些參數(shù)會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題的反饋。

發(fā)現(xiàn)典型設(shè)計(jì)流程存在的潛在缺陷和耗費(fèi)時(shí)間的問(wèn)題后，需要一種設(shè)計(jì)工具能夠在深入設(shè)計(jì)之前加速設(shè)計(jì)流程并且發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。美國(guó)模擬器件公司（ADI）最近推出的在線仿真工具恰好可滿足這一需求。他們的放大器參數(shù)評(píng)估工具（見(jiàn)圖1）允許電路設(shè)計(jì)工程師配置電路和信號(hào)源，選擇放大器并且評(píng)估該放大器在該電路中的性能。圖2a示出的電路波形只是說(shuō)明轉(zhuǎn)換速率限制的初始情況。就像在SPICE中一樣，臨界轉(zhuǎn)換速率限制無(wú)法用眼睛觀察到。然而該設(shè)計(jì)工具中的交互消息指示了每一種標(biāo)志情況的有用信息，包括它們的發(fā)生原因和解決方案。（圖2b所示的是轉(zhuǎn)換速率限制情況下的提示信息，正常情況下不提示）。該設(shè)計(jì)工具允許分別加上或者去除由于放大器有限的開(kāi)環(huán)增益而產(chǎn)生的直流誤差和增益誤差，使用戶能更容易地檢查出誤差原因。當(dāng)誤差原因未檢查出，但會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果時(shí)（大于1％滿量程輸出信號(hào)），對(duì)話框中會(huì)出現(xiàn)提示信息以幫助用戶避免疏漏。

那么設(shè)計(jì)工具是如何工作和怎樣建模的呢？通過(guò)在服務(wù)器端執(zhí)行數(shù)學(xué)模型代碼，美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）的LabVIEW工具顯然能計(jì)算出該電路的響應(yīng)。電路設(shè)計(jì)工程師只要使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就能設(shè)置該工具并且瀏覽其數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果。設(shè)計(jì)工具根據(jù)每個(gè)放大器的參數(shù)及電路配置指示削波、電源限制、共模電壓和差分電壓限制、最小穩(wěn)定閉環(huán)增益限制、最大輸出額定電流、帶寬限制、容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和轉(zhuǎn)換速率限制。該設(shè)計(jì)工具利用另外的參數(shù)可評(píng)估失調(diào)電壓引起的直流誤差、偏置電流、失調(diào)電流、CMRR和電源抑制比（PSRR），并且指明由于放大器開(kāi)環(huán)增益響應(yīng)和有限輸入阻抗造成的增益誤差。

巧妙地利用該設(shè)計(jì)工具可以提供一些設(shè)計(jì)過(guò)程中的其它捷徑。通過(guò)對(duì)增益誤差進(jìn)行排除，余量有問(wèn)題或轉(zhuǎn)換速率受限制的放大器能夠更快的被濾出。不是通過(guò)調(diào)整每個(gè)放大器的增益以補(bǔ)償這種影響后再觀察運(yùn)算放大器的限制，而是通過(guò)先排除增益誤差以篩選出達(dá)到要求輸出信號(hào)范圍的放大器，然后僅調(diào)整這些放大器的增益以進(jìn)一步評(píng)估。直流誤差以全正誤差和全負(fù)誤差出現(xiàn)，每種情況下都運(yùn)行該模型，查看在這兩個(gè)供電電壓下余量是否足夠。面板式用戶界面有助于方便地打印出電路圖和任何相關(guān)問(wèn)題以便用于設(shè)計(jì)文檔。

圖2：轉(zhuǎn)換速率限制下初始情況的。（a）信號(hào)波形；（b）提示信息。

配置電路后，“推薦放大器”工具可為這個(gè)具體電路搜索最匹配的運(yùn)算放大器。另外，“推薦放大器”反饋所有用該設(shè)計(jì)工具建模的放大器的狀態(tài)，并將推薦的放大器列在表的頂端。這一功能允許工程師快速查看他現(xiàn)有的所有放大器的狀態(tài)，加快故障調(diào)試和樣板設(shè)計(jì)。實(shí)際上，該設(shè)計(jì)工具的使用者不必總是按常規(guī)方式搜索放大器。電路可以先設(shè)置成沒(méi)有運(yùn)放，“推薦放大器”工具能很快地找出運(yùn)放的最佳選擇，于是設(shè)計(jì)工程師就有了一到兩個(gè)具有很高的可信度的運(yùn)放，然后就可繼續(xù)查看這些運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)，進(jìn)行仿真和樣板設(shè)計(jì)。

另一項(xiàng)工具“選擇向?qū)А蹦軒椭率峙渲秒娐泛瓦x擇器件。通過(guò)簡(jiǎn)單的選擇放大器反相端或同相端，設(shè)置其輸入和輸出范圍，指出最大頻率，該向?qū)Ь涂膳渲秒娐凡⑶医o出運(yùn)算放大器的推薦。“選擇向?qū)А笔菃尾讲僮鳎筛鶕?jù)輸入和輸出范圍確定電平移位和輸入信號(hào)增益所需的所有無(wú)源元件值。

無(wú)論是新手還是專家為了設(shè)計(jì)電路或者快速檢查，采用ADI的放大器參數(shù)評(píng)估工具都能加快其放大器選擇過(guò)程，并且為采用該放大器從事電路設(shè)計(jì)的工程師增強(qiáng)信心。

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