??本文闡述了直流偏置電源對敏感模擬應(yīng)用中所使用運(yùn)算放大器 （op amp） 產(chǎn)生的影響，此外還涉及了電源排序及直流電源對輸入失調(diào)電壓的影響。另外，本文還介紹了一種通過線性穩(wěn)壓器（一般不具有追蹤能力）輕松實施追蹤分離電源的方法，以幫助最小化直流偏置電源帶來的一些不利影響。 ??在許多運(yùn)算放大器電路中，直流偏置電源會影響運(yùn)算放大器的性能，特別是在與高位計數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 一起使用或者用于敏感傳感器電路的信號調(diào)節(jié)時。直流偏置電源電壓決定放大器的輸入共模電壓以及許多其他規(guī)范。 ??在上電期間，必須協(xié)調(diào)直流偏置電源的順序來防止運(yùn)算放大器鎖閉。這樣會毀壞、損壞或者阻止運(yùn)算放大器正常運(yùn)行。本文解釋了追蹤電源對運(yùn)算放大器的重要性，并介紹了一種利用通常不具有追蹤能力的線性穩(wěn)壓器輕松實施一個追蹤分離電源的方法。 ??給一個運(yùn)算放大器供電有兩種常見方法。第一種也是最簡單的一種方法是使用一個單一正電源，如圖 1 （a） 所示。第二種方法是使用一個分離（雙）電源（如圖1 （b） 所示），其同時具有一個正電壓和一個負(fù)電壓。這種分離電源在許多模擬電路中都非常有用，因為它允許包括零電壓電位的輸入信號或者在正與負(fù)之間搖擺的輸入信號。 ? ?? ??圖 1 運(yùn)算放大器供電選項 ? ??不管使用哪一種方法，輸入共模電壓都由電源電壓決定。輸入共模電壓只是兩個電壓的算術(shù)平均數(shù)。方程式 1 可用于計算輸入共模電壓，其中 VP 為正電壓軌的值，而 VN 為負(fù)電壓軌的值。 ??就一個單電源系統(tǒng)而言，VN 始終為零，因為運(yùn)算放大器的負(fù)電源軌連接到接地電位。 ?? ??利用圖 1 所示數(shù)值，單電源運(yùn)算放大器具有一個 7.5V 的輸入共模電壓，而分離電源運(yùn)算放大器有一個 0V 的輸入共模電壓。 ??一些運(yùn)算放大器可以工作在單電源結(jié)構(gòu)也可以工作在分離電源結(jié)構(gòu)中。一些運(yùn)算放大器甚至可以同非對稱分離電源（VP 大小與 VN 不等）一起工作。所有情況下，設(shè)計人員都需要驗證運(yùn)算放大器是否能夠支持期望的電源配置結(jié)構(gòu)。 ??另外，許多運(yùn)算放大器都具有使用分離電源的特點(diǎn)。因此，如果一個運(yùn)算放大器專為單電源結(jié)構(gòu)中分離電源運(yùn)行而設(shè)計，則可能會存在一些性能差異。 ??使用對稱分離電源時，正負(fù)電壓必須互相追蹤，特別是在電路初次上電時。追蹤電源是一種調(diào)節(jié)其輸出電壓至另一個電壓或信號的電源。對于大多數(shù)運(yùn)算放大器而言，正電源電壓與負(fù)電源電壓始終應(yīng)該大小相等而極性相反。 ??另外，您也可以對負(fù)電源進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其與正電源大小相等而極性相???。兩種方法都會產(chǎn)生相同的上電波形。 ??如果兩個電源并非大小相等而極性相反，則運(yùn)算放大器可在上電期間鎖閉。鎖閉可能會毀壞、損壞或者阻止運(yùn)算放大器正常運(yùn)行。 ??圖 2 顯示了一個典型運(yùn)算放大器電源電路的示意圖。此處，一個開關(guān)電源提供一個正 18V 和一個?? 18V。兩低壓降 （LDO） 線性穩(wěn)壓器進(jìn)一步將 ±18V 調(diào)節(jié)至 ±15V。該 LDO 一般安裝在電源和運(yùn)算放大器之間，旨在降低開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲。LDO 具有較高的電源抑制（以比率表示，PSRR），其減弱了寬帶頻率下 LDO 輸入的噪聲。 ? ?? ??圖 2 運(yùn)算放大器的典型電源結(jié)構(gòu) ? ??這樣可幫助向運(yùn)算放大器提供低噪聲電源。運(yùn)算放大器還具有自己的 PSRR，其一般在 80dB 以上。然而，運(yùn)算放大器僅在數(shù)千赫茲帶寬時具有高 PSRR，因此 LDO 用于提供高達(dá)數(shù)百千赫茲帶寬的高 PSRR。 ??圖 2 所示電路本身沒有追蹤能力。在上電期間，無法保證每個 LDO 與另一個 LDO 大小相等而極性相反。上電期間每個 LDO 的輸出電壓都由所有軟啟動電路、限流、負(fù)載電容、負(fù)載電流以及輸入電壓決定。 ??因此，在啟動時兩個電壓大小不同而極性也不相反是有可能的。另外，LDO 上電并提供穩(wěn)態(tài)的 DC 輸出以后，它們?nèi)匀挥锌赡艽笮〔坏龋驗槊總€ LDO 都具有其自己的輸出電壓精度，而且反饋電阻會因其容差而稍微不同。 ??除上電期間的鎖閉問題以外，如果每個電源的最終工作 DC 電壓隨時間而變化，則電源會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響。電源輸出會因線電壓、負(fù)載電流變化和溫度變化而不同。電源輸出會在其精度規(guī)范內(nèi)有所不同，其一般為額定輸出電壓的 3% 到 5%。 ??盡管這些電源電壓的變化很小，但卻會改變運(yùn)算放大器的輸入共模電壓點(diǎn)，其通常被建模為運(yùn)算放大器輸入的額外補(bǔ)償電壓。因為運(yùn)算放大器有高 PSRR，因此建模補(bǔ)償電壓等于輸入共模電壓變化值除以運(yùn)算放大器的 PSRR。方程式 2可用于計算電源變化引起的運(yùn)算放大器輸入的補(bǔ)償電壓。 ? ?? ? ??方程式 2 所示 PSRR 以分貝表示，其可在大多數(shù)運(yùn)算放大器產(chǎn)品說明書中找到。方程式 2 給出了以運(yùn)算放大器輸入為參考的補(bǔ)償電壓。用方程式 2 所得結(jié)果乘以運(yùn)算放大器增益，運(yùn)算放大器輸出可參考補(bǔ)償電壓。 ??由于運(yùn)算放大器的 PSRR 進(jìn)一步降低了電源的微小變化，因此您可能會錯誤地得出如下結(jié)論：電源電壓的微小變化在系統(tǒng)中影響極小或者沒有影響。作為一個定量舉例，我們可對一個全差動運(yùn)算放大器進(jìn)行分析，其將信號緩沖至一個 24位 ADC。 ??圖 3 顯示的是一個使用全差動運(yùn)算放大器的簡化示意圖，例如：OPA1632，其配置為一個為 24 位 ADC（例如： ADS1271）提供信號的單位增益緩沖器。該電路是 ADC 評估的簡化示意圖。運(yùn)算放大器由 LDO 供電，其線壓、負(fù)載和溫度精度為 3%。LDO 的輸出電壓針對 ±15V 標(biāo)稱值進(jìn)行配置。 ? ?? ??圖 3 計算補(bǔ)償誤差影響的示例電路 ? ??如果每個 LDO 的輸出電壓均恰好各是 +15V 和 –15V，則共模輸入電壓剛好為 0V。就本例而言，如果零伏在其輸入上，則我們自 ADC 讀取零計數(shù)。那么，電源大小相等而在運(yùn)算放大器輸入上沒有信號的情況下，您會從 ADC 讀取零計數(shù)。 ??然而，假設(shè)正電壓 LDO 輸出增加 3%，仍然沒有超出 LDO 規(guī)范。使用 15V 輸出時，這 3% 的變化等同于電源電壓從 450mV 上升到 15.45V。根據(jù)數(shù)據(jù)表，運(yùn)算放大器的典型 PSRR 為 97dB。 ??方程式 2 現(xiàn)在可用于計算運(yùn)算放大器輸入的失調(diào)電壓。在運(yùn)算放大器輸入有一個額外的 3.178μV 失調(diào)電壓。由于運(yùn)算放大器被配置為一個單位增益緩沖器，因此該 3.178μV 也存在于輸出，并施加于ADC。ADC 的滿量程輸入范圍為 ±2.5V，因此每個 ADC 位相當(dāng)于 298nV。 ??使用電源產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓，ADC 現(xiàn)在讀取 11 個計數(shù)，而非零計數(shù)。電源在讀取 ADC 計數(shù)中引入了一個 DC 補(bǔ)償誤差。該誤差會因 LDO 輸出電壓而不同，而 LDO 輸出電壓又隨時間、溫度、負(fù)載電流和輸入電壓而變化。這便使得這種誤差難以通過校準(zhǔn)去除掉，也讓 ADC 的低四位變得不確定。 ??提高 LDO 追蹤和精度（或者漂移）性能的一種簡單方法是將圖 2 所示電路修改為圖 4 所示電路。附加放大器 U1 和四個電阻需要針對 2 增益進(jìn)行配置。額定值條件下，R3 和 R4 之間的節(jié)點(diǎn)應(yīng)為零伏。因此，R1 的值必須等于 R2，而 R3 的值必須等于 R4。 ? ?? ??圖 4 添加追蹤的電路。 ? ??? ?圖 2 中，每個 LDO 的反饋網(wǎng)絡(luò)都連接至接地。圖 4 中，反饋電阻連接至接地，且由 U1 的輸出驅(qū)動。現(xiàn)在，如果任何電源改變其輸出電壓，則差異出現(xiàn)在 U1 的非反相輸入上，并被增益至原來的 2 倍。由于 U1 的輸出同時驅(qū)動兩個 LDO 反饋網(wǎng)絡(luò)，因此同時對兩個 LDO 實施校正以強(qiáng)制其輸出大小相等。