深圳，2016年12月初《运放入门视频公开课第1集》郝舶涵 运放笔记
1. 运算放大器基础知识
Q1:什么是OPA：Operational Amplifier
OPA多指电压反馈型。（电流反馈型也有用，但是越来越少）
知识点1：电流反馈型vs电压反馈型
定义：电流反馈型：反馈的是电流值
电压反馈型：反馈的是电压值
应用差别：
· 电流反馈型：品类少，是因为市场小，曾经存在于高速视频处理领域，比如VGA信号，高清SDS信号。因为在这些应用里，我们希望某一个增益下，带宽不变。电流反馈型有运放带宽和增益无关的特性，所以在视频领域，风靡一时，但是市场容量还是很小。所以现在做电流反馈型器件的厂家很少。大部分都停产了。
· 电压反馈型：缺点，存才增益带宽积，即增益和带宽相互制约。
知识点2：运放schematic上面三个重要的接口：
正向端（+），反相端（-）和输出端（Out）
知识点3：理想运放具备的特性：
1）输入阻抗无限大：输入阻抗越大，对原信号的影响越小
2）输出阻抗为零：输出阻抗越小，代表带载能力越大
3）带宽无穷大：但实际肯定不行，受制于工艺，所有运放都有自己固定的-3db的带宽
4）开环增益无穷大：但实际只能做到100db-120db左右
5）没有DC/AC误差
Q2：OPA内部是怎样构成的？
“就是一堆晶体管”（参考lm358 diagram）
—— 包含输入级，中间放大级和输出级。基于应用的话，不用特别关注内部的结构。
——同相端和反相端输入地方有等效二极管，就是所谓的ESD保护。一般运放内部都会做。输出端也有。但是因为做在芯片内部，所以能力有限，即最大通过瞬间电流有限。
知识点 4： 芯片级的ESD等级和产品级的ESD等级完全是两码事，遵循的不是一个规范。
芯片规格书上，ESD指标虽然写着2kV ，应用到实际产品上，如果打2kV静电上去，是无法承受的。产品ESD遵循的是IEC61340的标准。所以，设计过程中，想要通过选择自身ESD高的芯片去防止浪涌，是不可取的。
所以一般芯片，用静电枪直接打管脚，能承受400v静电的已经算顶尖芯片了。有的芯片会直接标机器模式，通常就是400v和200v这样的值了。
Q3:OPA常用封装有哪些？
常见1/2/4路，常用封装基本都兼容。
小提示：设计时候尽量选通用封装，否则很容易是Single Source（独一物料，市面上没有兼容的），结果就是被供应商绑架。
日系的很多封装尺寸很怪异。跟欧美系的很多封装不一样。所以选日系芯片的时候，留个心眼，一不小心，就是single source了。
Q4:OPA都有哪些作用？
· 放大小信号（或缩小大信号）
· 阻抗匹配
· 信号隔离：例如跟随放大器
· 滤波（低通，高通，带通滤波等）：一阶滤波用的比较多，提示，网上小工具可以用来计算参数。
· 驱动：可以驱动音响，驱动视频设备伽马线，这些应用都要求瞬间输出电流很大。
o 运放驱动长线：线约长，分布电容越大，运放驱动容性负载，会产生震荡
· 做小功率电源
· 一般运放输出20-30mA，跟I/O口差不多。
· 有些特殊运放能够输出1-2A比较大电流的，可以当做小功率电源用，很干净。但是不能做基准源，因为精度不够。
Q5:OPA怎样供电？
- 引用业内资深专家：如果一个运放都不舍得用LDO供电，还指望谈稳定性？
- DCDC都不可以，最好尽量是LDO，最次也得7805。
知识点5：电源抑制比（PSRR）是个很重要的参数。
是输入电源变化量与转换器输出变化量的比值。表征了器件对电源波动的抑制能力。希望能够达到：电源的扰动在输出是体现不出来的。一般选择的运放，这个参数大概是70db
知识点6：双电源系统供电
双电源系统供电，需要负压，一般用电荷泵来产生负压。但是电荷泵本身有充放电的的动作，会产生扰动。所以，电源输出端务必做好滤波处理。建议使用1）π型滤波（磁珠+对地两个电容）。2）成本承受范围内，可以考虑负压LDO。
知识点7：运放耗电：最低的每个通道几个nA，高一点的也就7-8mA。
知识点8：运放系统的LDO供电设计
LDO选择时候，
1. 要尽量保证压差小。
2. 设计电路时候不要吝啬电容和电阻。
（LDO参考电路）（电荷泵参考电路）
3. 有些情况，比如HiFi音响，要求底噪很小，就不适合电荷泵了，只能用LDO了。
3.用磁珠（600ohm/100Mhz，最便宜，用的最广。）代替电感，主要是为了节省成本。也需要考虑公司整体，哪个用量大。
Q6:OPA都有哪些类型？
超低功耗运放（Nano Power OPA）：几百nA
低功耗运放（Micro Power OPA）：
高速运放（High Speed OPA）：重点两个参数：增益带宽积（GBP）和压摆率（SR）
高精度运放（High Precision OPA）：重点两个参数：Vos失调电压（低于采样电压的一半），温漂
低噪声运放（Low Noise OPA）：常用于脑电波，心率，脉搏等小信号采集
差分放大器（Fully Differential OPA）：输入共模抑制比足够大（有人拿高精度运放当做差分放大器，为了节省成本，但是效果不行。）
功率放大器（Power OPA）：功放驱动
音频放大器（Audio OPA）：
仪表放大器（Instrumentation OPA）：共模抑制比很高。配合专门电路，能够有效去除共模干扰。
其他专用型放大器
Q7:OPA常用的参数有哪些？
输入失调电压（Input Offset Voltage） Vos
输入失调电压的温漂（Offset Voltage Drift）：对Vos的补充
输入偏执电流（Input Bias Current)IB：
输入失调电流（Input Offset Current）Ios：是IB的补充
共模电压输入范围（Input Common-Mode Voltage Range）Vcm：运放在某个供电下，同相端和反相端给到的最大信号范围。
输出特性（Output Characteristic）
输出电流限制（Output Current Limit）：关注这个参数，主要因为，有些应用要求输出电流尽量大，比如输出线很长（跳线连接两个系统）或者 负载输入阻抗很小。
小提示：如果用长线链接两个系统，输出要串个电阻：1）来限流。2）防止热插拔瞬间的浪涌 。
知识点9：ESD和浪涌的区别。
1） 浪涌持续的是毫秒级，ESD静电只持续微秒或者纳秒级别。
2） 浪涌一般示波器可以抓下来。ESD静电一般示波器是看不到的。
工作电压范围 VDD
静态工作电流（Quiescent Current）Iq
增益带宽积（Gain Bandwidth Product）GBP：对交流信号非常重要 ，直流信号可以不用关注太多。
压摆率（Slew Rate）SR：GBP大，意味着SR大；SR值用来反映跳变沿快慢的。
开环增益（Open-Loop Voltage Gain）Aol：常见120db；这个值越大，留给设计放大倍数的余量越大。也是交流特性，跟频率密切相关。
电压噪声密度（Voltage Noise Density）en：
相位裕度（Phase Margin）：越大越好，越稳定
共模信号抑制比（Common Mode Rejection）：反映了对共模干扰信号的抑制能力，值越大越好。
电源纹波抑制比（Supply Voltage Rejection）：反映了对供电端噪声的抑制能力，值越大越好。
Q8:怎样分析运放电路？
续短
负反馈环路下，同相输入端电压与反相输入端电压基本相当，像“短路”似的，即所谓“虚短”，但物理链路上并非真的短路。内部电阻非常大（10^12ohm），内部几乎没有电流流动，两边电压基本相当。
注意：用一般电压表接到电路里面测量两个输入端电压的时候，可能会看到电压并不相等，主要是由于电压表接进来本身就是很大的分流。如要测量，必须使用阻抗比较高的设备，比如示波器（调整到衰减100倍）。
续断
负反馈环路下，同相输入端和反相输入端流入运放内部的电流非常小，通常都在nA级以下（常用运放多是pA级）。像“断开”似的，即所谓“虚断”，但物理链路上还是连着的。
Q9：三极管放大能代替运放放大吗？
Yes：运放内部本身就是一堆晶体管的集成，音乐发烧友所推崇的所谓“胆机”，很多就是用分立的晶体管、电子管所设计。
No：但是三极管参数一致性差，放大电路批量生产良率低，需要微调参数，生产工艺麻烦。
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