0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

什么是运放的轨至轨特性?轨到轨还有哪些细节需要注意?

硬件笔记本 来源:硬件笔记本 2023-10-12 09:09 次阅读

跟随器电路:

90d3009a-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

前级采样电阻上的采样电压 VI_AMP_IN 经 U6 的跟随作用 VI_AMP_OUT 送至 ADC 进行A/D 转换。 U6 在此处的作用:减轻“负载效应”提高采集精度。D3,D4 为运放的输入保护二极管,当输入异常电压比电源电压还要高 VF(二极管正向导通压降)或者比地电位低 VF时,二极管将会导通钳位。

1、LMV831 的主要特性

其一,该运放输入误差电压 VOS最大为 1mV,有利于提高整体精度;

其二,由于采用 CMOS 工艺,输入偏置电流低至 0.1pA,故不需要在消除偏置电压上花费额外精力;

其三,输出驱动电流达到 30mA,很适合与 ADC 配合使用;

其四,该运放在 1.8GHz 的频率下 EMIRR 高达 120dB,这一特性有利于抵抗板上射频模块的干扰;

其五,轨至轨输出,在单电源供电条件下非常重要。

2、输出特性

91033378-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

从上表可以看出负载越重,运放输出轨至轨特性越差,但因为本次案例运放后级是连接低速 ADC,因此负载很轻,取表中的 6mV(VOH)和 5mV(VOL)作为典型值即可。

单电源供电条件下,会将负载电阻 RL接至 V+/2,实则是以 V+/2 作为虚拟地。

3、仿真验证


建立仿真电路如下:

911ac4de-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

如 Figure 1-2 所示,将 LMV831 搭成放大倍数为 2 的同相放大器,同时输入幅值为 5V,频率为 10Hz 的三角波(为了能让输出饱和),仿真结果如 Figure 1-3 所示,显然,输出幅度非常接近 LMV831 的供电电压 4.5V,量得幅值为 4.49V(梯形波形的平台部分),波形下端也接近 0V,从而证实了该运放的轨至轨输出特性。

91263968-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

4、轨到轨,还有细节需要注意

ADC 的可接受电压范围为 0~4.096V,而现在 LMV831 搭成的跟随器可以支持 0~4.49V 的输出,似乎万事俱备,若前级采样电压也是 0~4.096V 范围(即运放输入电压),整个电路堪称完美!然而,直觉告诉我,事情肯定没这么简单。我突然想起当初选型时,TI 的运放筛选条件下,有一个 Rail-to-Rail选项:

913be880-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

这个选项从左到右分别为:输入轨至轨,输出轨至轨,输入到正轨,输入到负轨——等等,那么 LMV831 是否支持轨至轨输入?我满怀期待,然而遗憾的是,LMV831 数据手册并未提及输入是否也是轨至轨,进一步查阅发现该运放在 3.3V 供电时,共模输入范围为-0.1V~2.1V!也就是说3.3V供电的时候,LMV831 是不支持轨至轨输入的!

5、输入特性

运放的共模输入范围与供电电压密切有关,电压越高,输入范围越大。为了验证 4.5V 供电电压下的最高不失真输入电压,搭建了 Figure 1-4 所示的仿真电路。

914d223a-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

对该电路执行“参数仿真”,分别测试供电电压为 3.3V、3.9V、4.5V 下的输出电压,如 Figure 1-5 所示,三角波为输入波形,3 个类似等腰梯形的波形为运放输出,其中,暗黄色为 4.5V 供电电压时的输出,绿色对应 3.9V 供电电压,紫色对应 3.3V 供电电压。

显而易见: 第一,LMV831 并非轨至轨输入; 第二,该运放的共模输入范围随供电电压的提高而扩大,在 4.5V 供电电压下跟随器(增益为 1)最大输出电压约为 3.39V,也即最大输入电压为 3.39V。简言之,4.5V 供电电压下,LMV831 的最大共模输入电压(不失真)为 3.39V。

915bfc88-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

在得知这个真相之后,一方面将运放的供电电压从 3.3V 提高到 4.5V,提高输出的范围,另一方面将采样电阻值改小,从而让最大采样电压小于 3.39V,从而规避了改板的风险!

6、实际验证

实际产品中用了 91:34 的电阻对输入 0~10V 进行分压,分压再经电压跟随器送至 ADC 进行 A/D 转换,分别测量电阻采样电压、运放输入端电压、运放输出端电压、A/D 转换电压,绘出 Figure 1-6。

91784f28-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

留意表格 1-2 的数据,随着运放输入电压缓慢接近“阈值”,传递误差急剧增加,当输入电压为 3.9954V 时,运放索性饱和输出 4.5460V!通过绘制图表 Figure 1-6 可以很明显观察到这个现象,从而证实了猜想。实际上我的目的也达到了,因为我只需要 0~12V 外部输入时线性度满足 0.2% F.S 就足够了。

91837588-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

919c0274-688f-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg








审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 二极管
    +关注

    关注

    147

    文章

    9629

    浏览量

    166319
  • 运放
    +关注

    关注

    47

    文章

    1163

    浏览量

    53062
  • 电源电压
    +关注

    关注

    2

    文章

    989

    浏览量

    23970
  • CMOS工艺
    +关注

    关注

    1

    文章

    58

    浏览量

    15672
  • 偏置电压
    +关注

    关注

    0

    文章

    151

    浏览量

    12993
  • 同相放大器
    +关注

    关注

    0

    文章

    46

    浏览量

    8446

原文标题:什么是运放的轨至轨特性?

文章出处:【微信号:gh_a6560e9c41d7,微信公众号:硬件笔记本】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    是什么意思 原理讲解

    (rail-to-rail)是一个用来描述运算放大器(op amp)术语,指输入或者输出信号可以接近于
    发表于 07-27 16:25 8994次阅读
    <b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>到</b><b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>运</b><b class='flag-5'>放</b>是什么意思 <b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>到</b><b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>运</b><b class='flag-5'>放</b>原理讲解

    能够实现的原理是什么?

    一般的其输入电压一般比供电电压低1-2V左右,也就是说如果是一个正负十五伏的供电电压,那么其输入电压也就是在正负十三伏左右,但是一些性能比较好的能够达到
    发表于 05-06 21:37

    知识简介

    `简介`
    发表于 09-26 14:48

    分析

    一些伪影。不是所有应用都需要输入。反向放大电路和增益大于一倍的电路通常就不需要
    发表于 09-21 15:19

    运算放大器

    运算放大器的“输入/输出”是满电源幅度输出的意思,一般的输出的电压幅度是达不到电源电压的,会有1V左右的压差。输出的最大幅度就能达
    发表于 07-23 09:11

    请问是什么意思?

    是什么意思?
    发表于 11-27 07:14

    中“”运行真正含义是什么?

    有关单电源的一个热门讨论话题是:它们是否能够做的输入或输出运行。单电源
    发表于 01-22 15:54 1.8w次阅读
    <b class='flag-5'>运</b><b class='flag-5'>放</b>中“<b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>至</b><b class='flag-5'>轨</b>”运行真正含义是什么?

    采用的设计权衡

    Tom Wang (王中南)     十分流行,特别是在那些低电压供电的场合。因此,你应该了解
    的头像 发表于 11-22 16:54 1640次阅读

    到底什么是

    工作中第一次,认真的进行运选型的时候,是做锁相环需要有源环路滤波器的时候。记得当时看到放手册上的
    的头像 发表于 07-04 14:18 2.2w次阅读

    与一般的区别

    与一般的区别  随着电子威廉希尔官方网站 的不断发展
    的头像 发表于 08-27 14:55 6598次阅读

    和非的区别在哪?

    听起来就像是在阐述车轮与车的关系。其实,
    的头像 发表于 10-27 09:10 1487次阅读
    <b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>到</b><b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>运</b><b class='flag-5'>放</b>和非<b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>到</b><b class='flag-5'>轨</b><b class='flag-5'>运</b><b class='flag-5'>放</b>的区别在哪?

    特性、频率响应、相位裕度以及动态性能

    特性、频率响应、相位裕度以及动态性能 
    的头像 发表于 10-29 11:22 1791次阅读

    为什么有轨呢?是不是还有呢?

    为什么有轨呢?是不是还有
    的头像 发表于 10-29 11:39 1845次阅读

    在给一个精密传感器模拟前端设计信号调理模块,是否应该使用输入的

    在给一个精密传感器模拟前端设计信号调理模块,是否应该使用输入的? 在设计信号调理模块时,选择
    的头像 发表于 10-29 14:21 479次阅读

    是什么意思

    (Rail-to-Rail Operational Amplifier),作为一种特殊的运算放大器设计,在现代电子工程中扮演着至关重要的角色。本文将从
    的头像 发表于 09-24 17:38 1565次阅读