設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)說明

此設(shè)計(jì)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào) V_i1 和 V_i2 求和（相加），并將其進(jìn)行反轉(zhuǎn)。輸入信號(hào)通常來自低阻抗源，因?yàn)樵撾娐返妮斎胱杩褂奢斎腚娮杵?R₁ 和 R₂ 決定。反相放大器的共模電壓等于連接到同相節(jié)點(diǎn)的電壓，該節(jié)點(diǎn)在該設(shè)計(jì)中接地。

設(shè)計(jì)說明

1. 在線性運(yùn)行區(qū)域內(nèi)使用運(yùn)算放大器。通常在 A_OL 測(cè)試條件下指定線性輸出擺幅。該電路中的共模電壓不隨輸入電壓的變化而變化。
2. 輸入阻抗由輸入電阻器決定。確保這些值大于阻抗源的輸出阻抗。
3. 使用高值電阻器可能會(huì)減小電路的相位裕度并在電路中引入額外的噪聲。
4. 避免將電容負(fù)載直接放置在放大器的輸出端，以最大程度地減少穩(wěn)定性問題。
5. 小信號(hào)帶寬由噪聲增益（或同相增益）和運(yùn)算放大器增益帶寬積 (GBP) 決定?？梢酝ㄟ^添加一個(gè)與 R₃ 并聯(lián)的電容器來完成額外的濾波。如果使用了高阻值電阻器，那么添加一個(gè)與 R₃ 并聯(lián)的電容器還將提高電路的穩(wěn)定性。
6. 大信號(hào)性能可能會(huì)受到壓擺率的限制。因此，應(yīng)檢查數(shù)據(jù)表中的最大輸出擺幅與頻率間的關(guān)系圖，以最大程度地減小轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真。
7. 有關(guān)運(yùn)算放大器線性運(yùn)行區(qū)域、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真、電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng) ADC 和帶寬的更多信息，請(qǐng)參閱設(shè)計(jì)參考 部分。

設(shè)計(jì)步驟

下面給出了該電路的傳遞函數(shù)。

1. 為 R₃ 選擇一個(gè)合理的電阻值。
   
2. 計(jì)算 V_i1 所需的增益。對(duì)于該設(shè)計(jì)，輸出擺幅的一半可用于每個(gè)輸入。
   
3. 計(jì)算 R₁ 的值。
   
4. 計(jì)算 V_i2 所需的增益。對(duì)于該設(shè)計(jì)，輸出擺幅的一半可用于每個(gè)輸入。
   
5. 計(jì)算 R₂ 的值。
   
6. 計(jì)算小信號(hào)電路帶寬，以確保它滿足 10kHz 要求。確保使用電路的噪聲增益 (NG) 或同相增益。在計(jì)算噪聲增益時(shí)，請(qǐng)注意，R₁ 和 R₂ 是并聯(lián)的。
   
   方程式 1.
   方程式 2.
   • 由于閉環(huán)帶寬是 102kHz，而設(shè)計(jì)的目標(biāo)是 10kHz，因此，滿足該要求。
7. 計(jì)算最小壓擺率，以更大限度地降低轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真。
   
   方程式 3.
   • SR_OPA170=0.4V/μs，因此它滿足該要求。
8. 為了避免穩(wěn)定性問題，確保器件的增益設(shè)置電阻器和輸入電容創(chuàng)建的零點(diǎn)大于電路的帶寬。
   
   方程式 4.
   方程式 5.
   • C_cm 和 C_diff 分別是共模和差分輸入電容。
   • 由于零點(diǎn)頻率大于此電路的帶寬，因此不滿足該要求。

設(shè)計(jì)仿真

直流仿真結(jié)果

該仿真會(huì)將 V_i1 從 –2.5V 快速改變至 2.5V，同時(shí) V_i2 則恒定保持在 0V。輸出則被反轉(zhuǎn)，范圍在 –2.44V 至 2.44V 之間。

該仿真會(huì)將 V_i2 從 –250mV 快速改變至 250mV，同時(shí) V_i1 則恒定保持在 0V。輸出則被反轉(zhuǎn)，范圍在 –2.44V 至 2.44V 之間。

交流仿真結(jié)果

該仿真展示了電路的帶寬。注意，兩個(gè)輸入的帶寬是相同的。這是因?yàn)闆Q定帶寬的是電路的噪聲增益，而不是各個(gè)輸入的信號(hào)增益。這些結(jié)果與計(jì)算得到的值十分相符。

瞬態(tài)仿真結(jié)果

該仿真顯示了兩個(gè)輸入信號(hào)的反轉(zhuǎn)和求和。V_i1 是一個(gè) 1kHz 5V_pp 的正弦波，V_i2 則是一個(gè) 10kHz 500mV_pp 的正弦波。由于兩個(gè)輸入均被適當(dāng)放大或衰減，因此輸出在規(guī)格之內(nèi)。

設(shè)計(jì)參考資料

有關(guān) TI 綜合電路庫的信息，請(qǐng)參閱模擬工程師電路手冊(cè)。

請(qǐng)參閱電路 SPICE 仿真文件 SBOC494。

有關(guān)大量運(yùn)算放大器主題（包括共模范圍、輸出擺幅、帶寬和如何驅(qū)動(dòng) ADC）的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問 TI 高精度實(shí)驗(yàn)室。

設(shè)計(jì)特色運(yùn)算放大器

設(shè)計(jì)備選運(yùn)算放大器