Harry Holt

(接上期)

好的例子

當(dāng)通道間具有非常復(fù)雜的交互時(shí)，使用雙通道運(yùn)放的匹配特征何時(shí)才有意義呢?有兩種常見(jiàn)的應(yīng)用可以考慮；自己構(gòu)建三路運(yùn)放儀表放大器，并對(duì)關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)行相位補(bǔ)償。圖6是經(jīng)典的三路運(yùn)放儀表放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

對(duì)于這種應(yīng)用，一般人會(huì)使用四通道運(yùn)放。但請(qǐng)注意，A1和A2工作時(shí)的噪聲增益可能是5、10或更高。這意味著輸入失調(diào)電壓和輸入電壓噪聲很重要。A3有不同的要求，因此需要使用不同類型的運(yùn)放。A3通常工作在很低的增益下，而且以儀表放大器總輸入為參考的輸入噪聲將被第一級(jí)電路的增益所除，因此重要性低得多。最后，第三個(gè)運(yùn)放的負(fù)載一般會(huì)比前兩個(gè)高。

輸入部分的失調(diào)電壓取決于A1和A2的Vos。市場(chǎng)上能夠保證兩個(gè)部分之間完全匹配的雙通道運(yùn)放不多。即使不能保證完全匹配，兩個(gè)運(yùn)放也存在一定程度的匹配。例如，AD8599數(shù)據(jù)手冊(cè)上的最大delta Vos是2.2μV／℃，雖然手冊(cè)上沒(méi)有說(shuō)明匹配性能，但對(duì)100個(gè)器件的隨機(jī)抽樣表明，最大差值不超過(guò)1μV／℃?？紤]最壞情況的設(shè)計(jì)應(yīng)使用數(shù)據(jù)手冊(cè)上的最大Vos，然后由單片匹配提供額外的余量，從而實(shí)現(xiàn)可靠的設(shè)計(jì)。儀表放大器的最重要參數(shù)之一是共模抑制比(CMRR)。PallAs-Areny表明，A1和A2的CMRR匹配可提高總的CMRR，這是輸入級(jí)使用單片雙通道器件的主要原因。

A1和A2的負(fù)載比較輕，但A3的負(fù)載很重，因此從電氣和熱性能上看，單片雙通道和單通道器件會(huì)更好。另外，從布線的角度考慮，這種應(yīng)用也傾向于使用單片雙通道和單通道器件。順便提一下，輸出部分的直流和交流CMRR很大程度上取決于電阻匹配和寄生電容匹配，這是經(jīng)常被忽視的一個(gè)因素。隨著多年來(lái)半導(dǎo)體制造技術(shù)的改進(jìn)，采用激光微調(diào)薄膜電阻的單片差動(dòng)放大器，如AD8271，可以比分立運(yùn)放和4個(gè)0.1％電阻的成本更低，而且具有更好的性能。根據(jù)所需的CMRR與頻率關(guān)系、PCB尺寸、整體精度以及總的供電電流，完整的單片式儀表放大器(如AD8226)將是最佳選擇。

電力線監(jiān)控

對(duì)于單極點(diǎn)系統(tǒng)，眾所周知，當(dāng)幅度減少3dB時(shí)相移是45度。另外一條有用的經(jīng)驗(yàn)就是，當(dāng)頻率在角頻率之上10倍頻或角頻率之下10倍頻時(shí)，相位將分別偏離零度或偏離90度的5.71度(如表1)。

值得注意的是，即使是在低于角頻率100倍的頻率處，相移仍大于0.5度，并且幅度比設(shè)想的要稍低一些。

對(duì)于在幅度和相位方面需要特別高精度的系統(tǒng)，比如電力線監(jiān)控應(yīng)用，可以使用一個(gè)運(yùn)放部分的交流特性補(bǔ)償另一個(gè)運(yùn)放部分的相位響應(yīng)?；靖拍钊鐖D7所示，普通單極點(diǎn)系統(tǒng)(標(biāo)示為未補(bǔ)償)和圖7系統(tǒng)(標(biāo)示為已補(bǔ)償)的相位響應(yīng)如圖8所示。圖中沒(méi)有提及什么數(shù)學(xué)關(guān)系，欲想了解更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)閱讀參考文獻(xiàn)。

糟糕的例子

信號(hào)鏈中的四通道運(yùn)放

如果是毫伏數(shù)量級(jí)的信號(hào)源，信號(hào)鏈必須具有低噪聲性能才能保持可接受的信噪比(SNR)。增益分配和選擇合適的單通道、雙通道或四通道運(yùn)放可以改善性能、降低總體成本。例如，在最大輸入信號(hào)為50mV、輸出10V到2k Ω負(fù)載情況下，增益要求達(dá)到200。

圖9中的四個(gè)模塊可以分別配置為緩沖器、增益為，1的反相累加放大器(用于校準(zhǔn)整條信號(hào)鏈?zhǔn)д{(diào)電壓)、增益為1的Sallen-Key濾波器和增益為200的電路級(jí)。

可以選擇一個(gè)四通道運(yùn)放滿足全部四個(gè)運(yùn)放的要求。但這是一種糟糕的設(shè)計(jì)，原因有以下幾個(gè)方面：(1)為了使第一級(jí)電路有低的噪聲，必須選擇一個(gè)低噪聲的四通道運(yùn)放，如AD8674；(2)在輸出級(jí)和輸入級(jí)之間的PCB上存在電氣耦合，在兩個(gè)部分之間的硅片上存在熱耦合；(3)最后一級(jí)要求較大的增益帶寬。

一種較好的方案(雖然不是唯一的方案!)是將一些增益分配到信號(hào)鏈的前面。不過(guò)前面分配過(guò)多的增益將導(dǎo)致中間級(jí)過(guò)載。如果第一級(jí)增益為10，那么第二級(jí)貢獻(xiàn)的噪聲(以輸入為參考)等于第二級(jí)的噪聲除以10。隨著每一級(jí)增益的增加，后一級(jí)的要求可以不斷降低。購(gòu)買一個(gè)昂貴的低噪聲四通道運(yùn)放實(shí)現(xiàn)所有4級(jí)模塊的成本效益就不如前兩級(jí)用低噪聲雙通道運(yùn)放、后兩級(jí)用低成本的通用雙通道運(yùn)放。

耳機(jī)放大器

即使可以用硅片構(gòu)建一個(gè)完美的雙通道運(yùn)放，在封裝和PCB方面還有許多考慮因素。雙通道和四通道運(yùn)放只有一對(duì)電源引腳，而不是兩對(duì)或四對(duì)。邦定線的電阻可能在50～100mΩ之間，因此使用雙通道運(yùn)放的一個(gè)部分向低阻抗耳機(jī)提供100～200mA電流可能存在問(wèn)題。典型原理圖上的多個(gè)接地符號(hào)都默認(rèn)為OV，但實(shí)際上并不正確。如果某個(gè)接地符號(hào)是OV，那么由于IR壓降問(wèn)題，所有其它符號(hào)都要比這個(gè)符號(hào)高或低幾個(gè)毫伏。1英寸的PCB走線很容易在意想不到的地方產(chǎn)生50mV以上的IR壓降。圖10顯示了理想的立體聲耳機(jī)放大器原理圖，它具有理論上無(wú)限的通道間隔離度。

圖11是實(shí)際的耳機(jī)放大器電路圖，通道間隔離度只有60dB。對(duì)這個(gè)電路的仿真表明，邦定線和片上金屬化層確實(shí)會(huì)導(dǎo)致一些串?dāng)_，但主要串?dāng)_源還是1／4英寸的PCB走線。這段走線是左通道負(fù)載和右通道信號(hào)源的公共接地回路。兩個(gè)單通道運(yùn)放具有更好的性能、更低的結(jié)點(diǎn)溫度、更高的可靠性和PCB版圖設(shè)計(jì)更容易的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

由于裝配的自動(dòng)化和封裝尺寸的減小，采用單通道和雙通道運(yùn)放還是四通道運(yùn)放對(duì)總體成本沒(méi)有影響。通過(guò)對(duì)PCB版圖、性能隨溫度的變化、通道隔離度、相位匹配和成本的全面考慮，可以獲得一種單通道或雙通道運(yùn)放的最佳使用組合選擇。

ST推出基于COnex—M3的STM32L超低功耗微控制器

日前，意法半導(dǎo)體(ST)宣布開(kāi)始向主要客戶提供STM32L系列微控制器樣片，STM32L系列產(chǎn)品是業(yè)界首款來(lái)自全球十大半導(dǎo)體供應(yīng)商之一的超低功耗ARM Cortex-M3微控制器。STM32L系列產(chǎn)品采用意法半導(dǎo)體獨(dú)有的兩大節(jié)能技術(shù)：130nm專用低泄漏電流制造工藝和優(yōu)化的節(jié)能架構(gòu)，提供業(yè)界領(lǐng)先的節(jié)能性能。

除極高能效外，STM32L還具備提高數(shù)據(jù)安全性、促進(jìn)系統(tǒng)安全操作的諸多安全功能，包括靈活的欠壓復(fù)位、片上閃存支持糾錯(cuò)碼(ECC)、存儲(chǔ)器保護(hù)單元(MPU)和JTAG熔斷器。這些功能被推薦用于所有的需要安全產(chǎn)品特性和高度安全的代碼及用戶數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用。片上集成的USB2.0 Full Speed支持模塊使STM32L還能支持移動(dòng)外設(shè)。此外，STM32L系列微控制器內(nèi)置的LCD驅(qū)動(dòng)器?？奢p松實(shí)現(xiàn)更低廉、更小的應(yīng)用設(shè)計(jì)。