原标题：信号链基础知识 #162：选择运算放大器时的 3 个注意事项

　　我在电子邮件和我们的 TI E2E 支持论坛上看到的最常见问题之一是某种形式的“我应该为 [在此处插入应用程序] 使用什么运算放大器?” 回答这个问题的困难是双重的：实际上有数以千计的运算放大器可供选择，而且似乎有无数的规格和功能需要考虑。

　　这种复杂性需要创建在线搜索和设计工具，这些工具本身可能很复杂(实际上有几十个过滤器、复选框和滑块)。反过来，这导致创建快速搜索工具、预过滤结果和其他创新工具，所有这些都旨在简化选择运算放大器 (op amp) 的过程。

　　本文的目的是解释一个简化的过程，该过程侧重于选择运算放大器时的三个首要考虑因素，如图 1所示。前两个考虑因素是电源电压 (V s ) 和静态电流 (I Q ) 的主要规格，以及它们相应的后代规格。后代规范定义为直接依赖于主要规范的规范。选择没有适当主要和后代规格的运算放大器可能无法在应用中工作。第三个也是最后一个考虑因素涉及几个常见的运算放大器特性：封装和价格。我还想澄清一下，本文的重点是通用和精密电压反馈运算放大器。

图 1运算放大器选择注意事项

　　考虑因素 1：电源电压

　　电源电压(V s或 V- 和 V+)是主要规格有两个原因。首先，供电电压必须与系统电压兼容;否则您将需要生成新的电源轨。其次，电源电压有两个重要的后代规范：输入共模电压范围 (V cm ) 和输出摆幅/裕量 (V o，或 V ol /V oh )。V cm和 V o定义了线性操作的输入和输出信号范围。如果输入信号和输出信号不在器件的线性工作区域内，那么无论所有其他规格如何，您都选择了错误的运算放大器。

　　图 2描绘了运算放大器的电源电压如何定义线性工作区域并突出显示轨到轨输入/输出 (RRIO) 器件的数据表摘录。RRIO 器件很受欢迎，因为它们通常更易于使用，但要注意与不同输入级设计相关的权衡取舍。

图 2在 OPA991 数据表的这段摘录中，V cm和 V o取决于电源电压轨(V- 和 V+)。

　　例如，图 2 中采用 ±15V 电源的运算放大器将具有 -15.1V < V cm < 15.1V 的输入共模范围和大约 -14.8V < V o < 14.8V的输出摆幅(假设负载2 kΩ的阻抗) 。如果输入信号和所需输出信号不在这些电压范围内，则运算放大器和电源电压的这种组合将不足以满足设计要求。

　　考虑因素 2：静态电流

　　静态电流 (I Q ) 是主要规格，因为它会影响许多重要的后代规格，例如带宽 (BW) 和压摆率 (SR)。BW 和 SR 不足的运算放大器会产生不良影响，例如压摆引起的失真和非线性操作。因此，系统的电源必须提供足够的电流，以使运算放大器达到性能预期。

　　一般来说，IQ与 BW 和 SR 直接相关(更高的 I Q 会产生更多的 BW 和更快的 SR)。有针对特定用例设计的运算放大器(例如具有压摆率升压的运算放大器)，但总的来说，上述 I Q、BW 和 SR 之间的关系是正确的。表 2 描述了 5 个 I Q增加的运算放大器及其对应的 BW 和 SR 典型值。作为一般经验法则，请尝试选择具有大约 25% 至 30% 的 BW 和 SR 的运算放大器，以应对工艺和温度变化。低失真设计将需要更多的 BW 和 SR。表 1运算放大器 BW 和 SR 与增加 I Q的比较

　　考虑因素 3：特性

　　现在是时候看看运算放大器的特性了，主要包括封装和成本。尽管大多数设计人员都想要成本最低的最小设备，但要考虑的一个方面是从封装和成本的角度来确保设计面向未来。

　　您可能需要在投入生产多年后重新审视设计的原因有很多。其中包括降低成本的措施、边际设计、制造工艺转变和产品报废。为应对这些可能性，请考虑选择采用标准封装(小外形集成电路 [SOIC]、薄型收缩小外形封装 [TSSOP]、超薄收缩小外形封装 [VSSOP])的运算放大器。许多新封装正成为行业标准，因为它们更小且制造更经济，例如小外形无引线 (SON) 和小外形晶体管 (SOT) 封装。因此，请考虑实现双封装，或选择属于设计系列的运算放大器。

　　具有适当电源电压、静态电流、后代规格和特性的运算放大器可能非常适合您的设计。然而，许多附加规格会影响性能：失调电压 (V os )、电压噪声密度 ( en )、电源抑制比 (PSRR) 和共模抑制比 (CMRR)。对这些规范的讨论超出了本文的范围，但有可用的资源，其中一些我在本文末尾提供了。

　　下次您选择运算放大器时，首先要考虑电源电压、静态电流和后续的后代规格，以确保器件在您的应用中正确运行。务必验证输入和输出的线性操作，包括 BW 和 SR 的设计余量，并考虑运算放大器系列的设计和封装灵活性。

　　Peter Semig 是德州仪器 (TI) 通用放大器的应用经理。