現代電子工業的趨勢是集成更多的功能到盡可能小巧的外形中，這已經不是什麼秘密。移動電話就是這樣的實例。當今許多生產商將MP3播放器、數碼相機甚至衛星電視功能集成在移動電話裏。過去幾年，該市場已經取得了巨大的發展，並且仍在快速擴展。

 

這些產品的設計周期通常較短，測試比實際設計耗費更長的時間（設計大約需要4個月，測試需要6個月）。為此，設計師必須謹慎選擇器件，以避免對   終的產品進行反複修改和導致延誤。

 

下文將重點說明一些有用的設計技術
、簡短的計算和通用的評估方法
，以幫助設計師更好地進行評估。

 

在便攜電子領域，設計師基於多種因素（尺寸
、成本和性能），利用他們的   知識和   判斷來選擇器件。但這些因素通常需要進行權衡，設計師必須依據所需的   終產品謹慎選擇元件。幾乎與其它行業一樣，便攜市場
，特別是移動電話市場
，通常會同時提供高端（多功能）和低端（廉價）產品。

移動電話主板包括不同的元件，如運算放大器
、音頻放大器及前置放大器
、數據轉換器和ASIC等(deng)。選(xuan)擇(ze)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)之(zhi)前(qian)
，設(she)計(ji)師(shi)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)封(feng)裝(zhuang)選(xuan)項(xiang)，以(yi)及(ji)更(geng)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)是(shi)否(fou)會(hui)使(shi)性(xing)能(neng)降(jiang)低(di)。盡(jin)管(guan)在(zai)便(bian)攜(xie)產(chan)品(pin)領(ling)域(yu)小(xiao)型(xing)封(feng)裝(zhuang)很(hen)受(shou)歡(huan)迎(ying)，但(dan)小(xiao)型(xing)封(feng)裝(zhuang)可(ke)能(neng)會(hui)給(gei)設(she)計(ji)師(shi)帶(dai)來(lai)麻(ma)煩(fan)和(he)問(wen)題(ti)。采(cai)用(yong)塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)形(xing)式(shi)的(de)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)，譬(pi)如(ru)SC70
，往往不能達到與SOIC或MSOP封裝對應產品相同的性能。微型芯片級封裝（CSP）（這實質上是裸片），暴露於光線下，輸入偏流可能發生數百量級的偏移。該封裝形式也容易在組裝期間發生破裂。

 

哪些參數   重要？

 

在電池供電的應用領域—特別是PDA和移動電話，由於電池電壓會隨著幹擾而下降
，因此應選擇PSRR性能好（~80dB）的(de)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)。此(ci)外(wai)，要(yao)注(zhu)意(yi)高(gao)增(zeng)益(yi)配(pei)置(zhi)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)耦(ou)合(he)到(dao)運(yun)放(fang)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)將(jiang)導(dao)致(zhi)噪(zao)聲(sheng)電(dian)平(ping)升(sheng)高(gao)。電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)也(ye)十(shi)分(fen)關(guan)鍵(jian)
，更(geng)大(da)的(de)阻(zu)值(zhi)會(hui)產(chan)生(sheng)更(geng)高(gao)的(de)噪(zao)聲(sheng)。設(she)計(ji)師(shi)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)4
？估算約翰遜噪聲（Johnson noise）或電阻噪聲，這裏R的單位是K歐姆，因此100K歐姆電阻產生大約40nV噪聲！

 

如果運用多個運算放大器，減少噪聲的一個方法是采用圖1所示的方案。該方法可以按因子減少輸出噪聲，這裏n是使用的放大器數量。對於LMV651而言
，輸出噪聲將減少到大約12nV/。此外設計師必須考慮限製帶寬以使噪聲   ：設計師可以將一個小電容與反饋電阻並聯使用，借此降低噪聲。

 

運算放大器的選擇也取決於其它的器件。設計師麵對的一個普遍挑戰是為模數轉換器（ADC）選xuan擇ze合he適shi的de運yun算suan放fang大da器qi。盡jin管guan市shi場chang上shang有you許xu多duo類lei型xing的de數shu據ju轉zhuan換huan器qi，但dan是shi運yun算suan放fang大da器qi和he模mo數shu轉zhuan換huan器qi之zhi間jian的de匹pi配pei規gui則ze卻que不bu一yi樣yang，設she計ji師shi在zai做zuo出chu選xuan擇ze之zhi前qian必bi須xu認ren真zhen考kao慮lv某mou些xie準zhun則ze。

 

圖2：在運算放大器輸出端采用簡單的低通濾波器。

 

大致瀏覽兩種器件的數據手冊將提供有用的信息，但這還不夠。首先
，挑選供電電壓相同的運算放大器和模數轉換器。然後選擇THD+N小的運算放大器。如果不能查找到失真數據，就查看輸出阻抗：輸出阻抗小的運算放大器通常意味著更小的THD。速(su)度(du)是(shi)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)的(de)參(can)數(shu)，盡(jin)管(guan)更(geng)快(kuai)的(de)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)速(su)度(du)用(yong)起(qi)來(lai)很(hen)舒(shu)服(fu)，但(dan)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)一(yi)些(xie)折(zhe)衷(zhong)因(yin)素(su)，譬(pi)如(ru)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)和(he)偶(ou)爾(er)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)。

 

根據選擇的ADC，設計師應選擇至少為ADC取樣率50倍速度的放大器。轉換速率也可能是一個限製因素，設計師可以根據2？fVp進行計算，這裏f是輸入信號頻率，Vp是   輸出擺幅。例如，頻率為400kHz的100mV輸入信號（增益為10）要求放大器的轉換速率至少為2.5V/μs。

 

一yi旦dan確que定ding了le這zhe些xie基ji本ben參can數shu，設she計ji師shi必bi須xu考kao慮lv穩wen定ding時shi間jian，該gai參can數shu可ke能neng會hui產chan生sheng誤wu導dao。大da多duo數shu製zhi造zao廠chang商shang規gui定ding運yun算suan放fang大da器qi的de穩wen定ding時shi間jian在zai特te定ding輸shu入ru電dian壓ya的de0.1%或0.01%範圍內。如果設計要求更高的   ，例如16位
，那麼就需要滿量程0.0015%範圍的參數。解決該問題的一個方法是利用下麵的公式，基於模數轉換器的   來估計運算放大器的穩定時間：

 

 

這裏，N是位數，f是放大器的開環帶寬。

 

例如增益為10的運算放大器
，如LMV651，   度為12位時，穩定時間大約為1.4μs;   為16位時，穩定時間是1.65μs。該公式隻是一個近似算式，沒有考慮到雜散電容
、主板電感或模數轉換器的輸入電容，這些因素都將影響穩定時間。

 

做出   終的選擇之前，   重要的的指標之一是運算放大器的噪聲
，噪聲較高的放大器會降低模數轉換器的   
，給係統帶來顯著誤差。開始計算電路總輸出噪聲之前（這可能是一項十分冗長乏味的工作），   先xian估gu計ji一yi下xia。這zhe樣yang設she計ji師shi就jiu知zhi道dao是shi否fou應ying繼ji續xu使shi用yong所suo選xuan的de放fang大da器qi。該gai估gu計ji涉she及ji到dao運yun算suan放fang大da器qi在zai相xiang關guan帶dai寬kuan上shang的de綜zong合he電dian壓ya噪zao聲sheng和he運yun放fang配pei置zhi的de增zeng益yi。我wo們men可ke以yi將jiang該gai公gong式shi表biao述shu為wei：

 

 

這裏，NG是噪聲增益
，en是運算放大器的電壓噪聲，BW是閉環帶寬。

 

在圖2的電路中，在輸出端采用簡單的低通濾波器。在該例中，輸出噪聲是在該濾波器帶寬（按1/2πRC計算）下的綜合噪聲。如果采用二階濾波器，帶寬要乘以係數1.05。

 

利用上述公式和LMV651電壓噪聲密度（17nV/），圖2電路在100kHz帶寬（濾波器帶寬）下的總輸出RMS噪聲是53.7V。一旦估算出總輸出噪聲，設計師可以利用下麵的公式計算運算放大器的信噪比（SNR）：

 

 

這裏

，VFS是滿量程電壓範圍
，Eout是上文計算的運算放大器噪聲。例如
，2.5V信號產生的信噪比是86.4dB。

 

然後，設計師應根據下麵的公式計算放大器和模數轉換器的總SNR：

 

ADC121S021的SNR是72.3dB，當ADC121S021與LMV651搭配時，總SNR是72.1dB。忽略諧波，設計師可以將該SNR轉換為等效的比特數：ENOB=（SNR-1.76）/6.02
，然後根據等價比特數確定隻損失了大約0.3dB，這相當於0.03%總   誤差。

 

由於噪聲是特定帶寬下的綜合噪聲，顯然噪聲也與帶寬成比例。換言之，縮減帶寬將減少噪聲;擴展帶寬將增加噪聲。如果決定選擇更高帶寬的濾波器
，設計師應考慮選擇更低噪聲的放大器。例如，圖2電路中的10MHz濾波器產生不足71dB的總SNR，導致0.5比特損失。但將LMV791（5.8nV/）與相同的濾波器搭配使用時
，SNR提高到72dB以上。設計師隻要簡單的選擇更低噪聲的運算放大器就可以提高係統的   。但必須考慮與此相關的各種折衷因素，例如功耗和封裝尺寸。

 

待考慮的其它規格指標

 

至此，我們討論了為設計選擇器件的基本原則和規則

，但還有其它的一些因素有待考慮。例如，對於要求更高   的應用，DC指標（譬如輸入偏移電壓和漂移）可能非常重要。