运算放大器的选择
VFB型运算放大器的参数说明
重要静态参数－输入失调电压、失调电流，输入偏置电流，PSRR：
1、开环0输入时输出≠0－输入失调电压、电流的影响，调零弥补。
2、输入偏置电流I B：是输入级差分对管基极偏置电流的共模分量
=(I B1+I B2)/2，决定了运放的直流输入电阻的大小。如果I B大则信号源内阻可能影响运放工作点，同时输入失调电流及温漂也大。
3、电源电压抑制比PSRR：在线性区输入失调电压V io随电源电压的波动率，一般为2－20 V/V，所以各级电源须去耦以免增大V io。
重要动态参数－单位增益带宽、电压摆率(Slew Rate)、开环增益、输出电压、电流额定范围：
单极点时小信号增益带宽积GBW处处相等，A udo*f H＝A ud*f=f T；多极点时在20dB/dec折线段上A ud*f＝A udo*f H，若f T也在该折线段上增益带宽积才＝f T，A udo、f H制造一致性均不太好，但f T较可靠。
大信号时振幅带宽积=S R/2π保持不变，振幅和对应的功率带宽(大信号无失真带宽)构成一对矛盾，保一方则另一方必受限，超限则失真。U OPP*FBW=S R/2π，U OPP为振幅的最大值－对称的输出饱和值(大小取决于运放型号及电源)，对应的FBW必为最小的BW p。
open loop voltage gain－手册只给出直流或低频值A udo，一般为100～140dB＝105～107
运算放大器的参数选择
按频率下限f L=0与否分为直流放大器与交流放大器：
直流应用时多级直流放大器之间只能直接耦合，要求前级的Q点稳定以免影响后级，但前级的零漂和温漂妨碍了这一点，因此必须选有调零端可方便调零和温漂小的运放，而输出噪声降为次要因素；反之交流应用时零漂和温漂可不必考虑，而输出噪声或其他指标上升为主要因素，比如高速宽带运放的使用。
集成运放的调零问题
VFB型运放和CFB型运放的区别
如果比较CFB型运放和VFB型运放，你会发现VFB型运放在某些方面可能具有一定优势。利用电流反馈拓扑可知输入偏置电流并没有系统地匹配，同相输入比反相输入阻抗更大—通常具有更低的输入偏置电流，反相输入偏置电流通常将比较大，如果偏置电流必须流过大阻值的电阻的话，这样做可能导致输入电压的偏移。
如果需要非常高精度的输入偏置电压，那么VFB型运放通常是较好的选择，但其输出电流小带载能力弱；CFB型运放则带载能力强。
CFB型运放的缓冲器配置需要一个反馈电阻，而VFB型运放可以采取直接短路连接。最后，在CFB型运放的反馈环路中，电容会引起不稳定，一些常用的电路拓扑不适合于CFB型运放，对于大多数这些电路，需要重新设计原理图以满足CFB型运放工作的要求。
集成运放的振荡问题
运算放大器是一个高增益的多级放大器，随着频率的上升附加相移会越来越大，可能使负反馈变成正反馈而满足振荡的相位条件，如果接成深度负反馈AF>1又很容易满足振荡的幅度条件，从而产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作，首先要避免元器件布局布线不合理带来的正反馈，要尽可能减小分布电容，降低各接地点之间的地线阻抗，然后才考虑进行内补偿或外加相位补偿网络以消除自激振荡。尤其是在CFB型运放等高速器件的应用中，要仔细考虑的事情之一就是电路板的布局布线设计。表面安装的陶瓷电源旁路电容要非常靠近该器件，典型距离小于3mm。
要尽可能地尝试采用表面贴装器件，这些器件提供最佳的性能并占用最小的电路板空间。电路板的布线应该保持尽可能地短，并应该调整其长宽以最小化寄生效应。在电源布线上，最坏的寄生特性是直流电阻和自感，所以电源布线要尽可能地宽。另一方面，输入和输出连接线常常承载非常小的电流，所以容性寄生效应U=It/C导致U上升缓慢，危害最大。对于长线传输信号最好采用受控阻抗和两端终接(匹配电阻)的传输线。
因为无法避免小量的寄生负载，CFB型运放的反馈电阻为特殊应用提供了放大器性能可调的灵活性。
下图是VFB型运放相位补偿的使用电路示例。
另外，防止其他电路的信号通过公共电源的内阻耦合进入运放造成他激低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地分别加入一电解电容(10uF)和一高频滤波电容0.01~0.1uF。
电容的阻抗特性可在系统最敏感的频率上形成陷波滤波器。请参考下图中电容模型(C1)的阻抗特性。
非理想电容模型的阻抗在自谐振频率f O处下陷，自谐振时容抗和感抗互相抵消，只留下阻性分量。f O=1/2π(LC)0.5，当频率大于f O时，阻抗改随f单调增－感抗(X L=jωL)。因此，滤波器中的电容当工作在接近或高于f O时，此种特性会令滤波效果变差。但是，如果选择旁路电容将特定的高频分量f0旁路接地，则此时电容的自谐振特性就可以派上用场了。阻抗的最小值通常取决于其自谐振频率和低引脚电感！故最佳选择是表贴电容。
去耦电容在集成电路电源和地之间有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，可以减少本级信号通过电源脚耦合出去干扰其他电路；另一方面旁路掉其他电路耦合过来的噪声。数字电路中典型的去耦电容值是 0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH，因此自谐振
频率大约在7MHz左右，也就是说，对于 10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。
不过在实际应用中，很多集成块的datasheet上都有推荐的去耦电容的大小，并不一定是千篇一律的。不同产品，不同应用需要不同对待。如下图所示，通过引入一个电阻(R OUT)，放大器几乎可以驱动任何大小的电容而没有稳定性问题，这是电压和电流两种反馈放大器常用的技术，当驱动高速模/数转换器时，该技术特别有用。R OUT电阻被放置在运放和容性负载(即ADC)之间。只要电路板空间允许，要把R OUT靠近放大器放置。
下图中的曲线显示了根据电容大小建议的R OUT电阻数值。该图表是根据1kΩ的阻性负载绘制的。如果R L的数值较小，R OUT也可以更小。另一个选项是把R OUT放在反馈环之内(图中没有标出)。你可以把R F连接到隔离电阻的输出侧，而不是图中R OUT和放大器之间用R F连接。这样做将保持增益的精度，但是跟在其它例子中一样，你将仍然在隔离
电阻上损失相同大小的电压摆幅。尽管该技术存在这样的缺陷，但也只能如此。
电阻和负载电容形成低通滤波器，电容越大就越难驱动，并降低带宽。
LMH6738推荐的R OUT与容性负载的对比
选择运放与这些器件的规格一样复杂。通过了解运放的基础知识，了解自己的应用要求，并使用独立工具和在线工具，就可以做出正确的选择。
要点：
一只放大器的所有五只管脚都有重要规格。
应用通常驱动选择过程。
了解数据资料的各个部分，能更好地选择部件。
半导体工艺影响着放大器的规格。
在线工具与选择指南可以帮助你找到正确的器件。
考虑使用专门的放大器。
你可能认为选择运放是件再简单不过的事。毕竟，所有运放都只有三个重要管脚：两个输入和一个输出。但是，在设计一款普通运放时，还必须考虑到另外两个电源脚，全部五个管脚组成了令人困惑的规格阵列。事实上，放大器设计与选择可能是最让模拟系统工程师生畏的任务。
在选择放大器时，必须确定该器件运行的最大电压和最小电压、静态电流、运放要为负载提供的电流，以及它使用的所有其它电流。例如，你可能将两个电源脚设定为双电源供电，或者将负电源端接地作单端运行。尽管任何放大器都可以接成双极或单端电路，但通常有一些其它因素会使器件更适合单端工作。另外，输入脚几乎总是包含了输入范围内的接地，或者提供满摆幅输入，此时输入脚可以工作到电源两个极值上。还有一些事情也使设计复杂化，如运放数据资料一般都表示单端工作的规格，尽管测试工程师有可能修改器件的工作条件，并重新描述规格以反映双极工作状况。
输出电流是一项重要规格。即使在输出脚低于电源电压0.6V情况下，满摆幅输出的器件也能提供可用的驱动电流。与双极输出的器
件相比，采用FET输出的器件摆幅可以更接近电源电压。例如，Intersil的(30mA)EL5020在5mA时，可以在双电源之间15mV的范围内摆动。为保证精确和低失真的性能，还必须了解输出脚阻抗，这个阻抗会随频率而变化。另外，输出脚必须驱动某种电平的容性负载。有些器件要驱动无限制的容性负载，如美国国家半导体公司的
LM8272，而普通的视频放大器在数十个皮法的负载电容时就会振荡。
德州仪器公司Burr-Brown部的线性应用经理Tim Green将这些因素缩减为三点：电压、电流和带宽。
不过，美国国家半导体公司的一名应用工程师Paul Grohe更多地考虑放大器的内部。他说：“偏置电流与带宽这两个B是关键。一个快速器件会消耗较多电流，而一个低噪声器件也会消耗较多电流。并且，如果你使用一个高的源阻抗，输入偏置电流就是最重要的规格，否则阻抗不匹配。”
美国国家半导体公司资深科学家Bob Peas指出：“不存在简单的答案，你必须自己作判断。每种应用都有一到两个主要参数，你必须找出它们。你不可能拥有一切。”
Tim Regan是Linear Technology的信号调节单元应用经理，他使用缩略词 SNAP（供电电压与电流/交流或直流性能需要/放大器数量/封装）帮助工程师记忆这些重要的折衷关系。例如，假设器件的目标应用是手机，你会希望用倒装或焊球封装。这些超小型封装可在一个硅片大小的电路板空间上提供高性能的模拟功能。
理解运放选择范围的一种方法是看数据单的结构。第一页是一个很有价值的工具，它给出了主要特性和目标应用，可以快速确定该放大器是否在自己需要的适用范围内。第一页可能说明了制造商用于制作该运放的工艺（见附文1“运算放大器工艺”）。
在运放数据资料中，紧跟第一页的一般是有关最大绝对额定值的部分。这部分通常包括器件将承受的最高电压和温度。显然，这一部分的重要位置表明这些参数在选择中的重要性，因为它们是绝对的最大值，任何时刻器件都不能超过这些极限值。比如BUF634在Io=10mA 时输出电压线性范围上限Vomax=V+-1.7，比正电源低1.7V；Io=100mA 时Vomax=V+-2.4，可见随着Io的增大Vomax在下降。
数据资料中还有一些关于直流特性与交流特性及工作电压的表格。表格清楚地表明了在设计者建立表格时器件可以运行的工作电压。第一页可能称器件能工作在低至2.7V电压下，而表格中可能表示器件可以运行在3V。虽然将一只3V器件运行在2.7V是可以接受的，但却不能使用3V时数据单表格中的规格值。表中的值都是制造商必须满足的契约责任。
数据资料中，表格后面是图表页。虽然这些图表并不表示一种法律责任，但它们很重要。例如，表格中可能表示一个很大的PSRR（电源抑制比）－1个点，无法表达变化情况；而图表却显示这个规格会随频率的增加而显著下降。如果一只放大器正用于一个有1MHz输出纹波的1MHz转换开关，则必须用相应图表对1MHz下的PSRR作出评估，并且要记住设计者创建图表时是在某个工作电压下，若使用该图
表要求工作电压相同。同样，表中的电压噪声是基于较高频率上的平坦噪声。对于直流或低频应用，必须查询图表，以确定你电路中频率对应的噪声（图 3）。
下图揭示了BUF634输出电流对输出电压线性范围的影响，据I O=目标电压Vs/R L可查得Vomax，若≥Vs则可倒推输入电压线性范围；
据下图可算出R L≥Vs/Io(图中临界Io为水平直线Vs与Vomax－
Io特性曲线的交点)。
R Lmin=12.5/0.05A=250欧；=12.2/0.1=122；=12/0.15=80；
=11.3/0.25=45欧。若上图揭示的是输出Vo-I而不是Vomax-I特性曲线，则直流输出电阻Ro=R Lmin；交流大信号输出电阻ro=△uo/△io =(12.5-12)/(150-50)=5欧。
检查所有图表，仔细考虑测量数据的工程师告诉你的内容。通常，半导体公司的工程师会有一张图表，强调了放大器不太平坦的规格。如果图表显示一只放大器在10pF输出电容时方波激励下的响应有90%的过冲，则可以认为该器件不稳定。
在一份典型的数据资料上，图表后面就是一般说明和应用部分。在这个部分，可以了解到该放大器的合适应用，以及所有特异或特别的功能。应用部分可能会提出警告，如果输出过驱动，器件可能会烧掉。在有些老器件上，应用部分可能警告说器件会出现倒相情况，即当输入脚超过其共模范围时，放大器的输出会突然逆向，哪怕输入并没有越过零点。
数据资料的最后，一般是器件号或后缀部分，但有些制造商（如TI）将这一信息放在首页。每一种封装和额定电压的器件都有自己的器件号。如果由于使用了一个不完整的器件号，导致用一个与预期不同的封装进行电路板布局，那会是很麻烦的事情。这类错误会付出延迟数周或数月开发周期的代价。
数据资料的最后一部分通常是封装，它包括图形以及建议的PCB （印制电路板）形式。如果你的PCB高度低，则封装的总体高度就是必须满足的关键性能规格。
在线工具
不要不好意思咨询本地的现场应用工程师或工厂应用小组。Analog Devices与德州仪器公司几乎销售各种类型的运放，因此他们没有理由说服你使用某种器件。这里有个特例，即制造商通常愿意推销自己的最新器件，希望以此收回设计费用。因此，美国国家半导体公司的Grohe喜欢用选择指南。他说：“参数化搜索会返回满足所需规格的全部器件，无论该器件是昨天设计的还是20年前设计的。”Grohe开发了一个可下载的选择指南，你可以从该公司的放大器网页获得。德州仪器、Analog Devices、意法半导体，以及其它公司亦提供在线的选择指南。
Linear Technology 公司开发了另一种全功能、可下载的免费工具LT SPICE，由Mike Engelhardt设计。他保证该程序的集中性，甚至包括磁性元件。德州仪器公司亦提供可下载、有节点限制的全功能Tiny TI SPICE程序，将其用于精确模型可得到准确的结果。Analog Devices的网站上也有一个可下载的仿真器，以及ADIsim运放评估工具。该程序可用National Instruments的LabView引擎做简单仿真。当你选择了某款器件后，只要有现存的器件模型，工具就会转换为使用National Instruments的MultiSIM全SPICE引擎。除了SPICE 工具以外，Analog Devices、美国国家半导体和德州仪器公司都提供网页工具，帮助设计仪表放大器，或一个单端放大器的正确偏置，以及大批的其它应用。
对于滤波器链的设计，德州仪器公司推出了自己的 FilterPro
软件。这种可下载的软件能完成数学计算，给出多极滤波器的响应。美国国家半导体公司为滤波器设计提供在线的Webench环境。它在线运行SPICE仿真，给出器件的响应。
运放的选择可以是让人望而生畏的事。除了普通的电压反馈放大器以外，还有很多专用放大器（见附文2“专用运算放大器”）。你可能需要阅读相关的贸易杂志与书籍，然后才能理解有关放大器选择的全部微妙之处。应用工程师可以在很大程度上帮助你了解自己应该寻找的正确规格与放大器类型。一旦你了解了这些情况，就可以使用各种可下载的选择向导与在线向导。然后可以在线仿真自己的电路，或通过下载的工具作仿真，还可以用供应商提供的SPICE模型，在Orcad、Altium、PADS或Electronics Workbench中仿真自己的电路。附文1：运算放大器工艺
有些放大器制造商认为，你应该仅凭规格来对一只器件作出判断，而不用担心制造它的工艺。虽然这种观点有其正确性，但几乎每个IC设计者和应用工程师都必须考虑半导体工艺以及规格。这样有助于他们对这些器件作广泛的分类，以及作出有关规格的某种假设。制造商最初使用的工艺是双极工艺，它使用普通晶体管，而不是 FET （场效应管）或 MOSFET（金属氧化物半导体 FET）。使用双极工艺意味着该器件可以工作在较高电压下，一般速度也更快。双极晶体管有较高的跨导，便于设计。如果使用一种隔离工艺，则设计的器件可以工作在高得多的频率下，因为内部杂散电容通常只有传统工艺的十分之一。这种类型的工艺一般采用介电质隔离法，即各个晶体管都处
于自己的玻璃隔离皿中。有些工艺只是沟道隔离，即晶体管的侧面用玻璃隔离，但底部则采用普通双极工艺作结点隔离。沟道隔离器件的速度好于那些单纯的双极器件，但比不上完全介电质隔离器件。这种方法亦可以避免闩锁效应，即基材构成一个寄生SCR（可控硅整流器）。由于器件不会闩锁，就可以超出共模范围，并且在给器件加电前输入端就可以有电压。与所有模拟产品一样，介电质隔离也有一个缺点，甚至超出了较高的成本。所有晶体管周围玻璃壁的导热能力都要比结点隔离方法低10倍。因此，设计者对高输出电流放大的应用较少采用介电质隔离。
另外一种广泛使用的放大器工艺类别是CMOS（互补金属氧化物半导体）。CMOS器件价格较低，因为它们的制造工艺步骤较少。CMOS 器件通常也有低的工作电流。CMOS的最佳特性之一是它的输入脚只需要极少的输入偏置电流。例如，德州仪器公司的CMOS OPA2355的输入偏流为0.05 nA，仅次于 JFET（结型FET）输入器件。CMOS器件一般是5V供电，虽然也有一些12VCMOS 工艺。由于早期CMOS器件利用了CMOS低工作电流的优势，因此这些器件表现为电压噪声，它不是CMOS固有的特性，而是设计中采用低偏流以及在输入段使用小晶体管的结果。例如，美国国家半导体公司用CMOS制造的LMV751，由于设计者采用大的输入晶体管，并且输入差分晶体管对有较高的静态电流，因此LMV751有低的电压噪声。另外一种BIMOS（双极MOS）工艺则同时包含了双极和CMOS晶体管。
还有一种不太常见但仍然有用的双极JFET工艺，它增加了掩膜
步骤以创建 JFET。与CMOS晶体管类似，JFET有低的输入偏流。较老的JFET器件（如美国国家半导体公司的LF411和Analog Devices 公司的AD549）在CMOS器件流行前就能提供低的偏流。德州仪器公司提供的现代JFET器件有低偏流，但速度仍很快。例如，TI的OPA656带宽为500MHz。JFET的输入电压噪声亦低于CMOS，因为晶圆基材中的扩散掩盖了JFET。与之相比，CMOS 晶体管位于裸芯的表面，这里它们受制于栅格缺陷和晶体杂质，这些都会产生噪声。同样，这种方案也包含一种均衡：用制造中的扩散控制 JFET 的参数。CMOS 晶体管的特性主要依赖于制造中的光刻。因此，CMOS 器件能做到更好的输入对匹配，降低了偏置电压，并减少了漂移。
当某个应用要求的速度超过双极器件可以提供的极限时，设计者可以转向 SiGe（硅锗）工艺。这些工艺在基极区有较高的电子迁移率、更薄的基极区，以及较高的射频电流密度，从而使运放带宽超过1GHz。这些器件消耗较多电流，并与所有其它的高速器件一样有稳定性问题。SiGe工艺正被用于高速ADC与高速通信放大器中的差分输入放大器。
其它工艺包括GaAs（砷化镓）和SOS（蓝宝石硅）。GaAs 工艺速度很快，并且有比SiGe 更高的电子迁移率和更薄的基极区。GaAs 的缺点与硅不同，它使用了不容易形成的隔离氧化物。硅氧化物是玻璃，可以隔离不同的金属化层。GaAs没有这种工艺特性，它追随硅工艺，但能制造工作在10GHz以上的器件。当然价格和工作电流也较高。在SOS工艺技术中，介质隔离的晶体管速度快，与氧化物隔离绝
缘的工艺一样。但由于晶体管之间隔离采用蓝宝石而不是玻璃，蓝宝石是水晶的导热率，与之相比，玻璃的导热率较低。因此，SOS 器件速度快，提供大量的功率输出。制造商可以用掩膜少于双极工艺的CMOS工艺流程进行制造。
附文2：专用运算放大器
设计者通常会说，他们对运放的选择原则是使用主流放大器。现在有一些专用类型的放大器。最常见的是电流反馈放大器，它用于需要高转换速率的视频与DSL（数字用户线）应用（图A）。它的独特好处是高增益不会减小带宽。因此，电流反馈放大器适用于需要高速和低失真的应用。
还有一种专用放大器是混合放大器，它内部使用分立晶体管或拥有多级放大器，即一种信号用多个放大器，而不是采用多个封装。例如，Cirrus Logic的CS3001系列有1万亿（或300dB）的开环增益，这是其信号链中有一个以上放大器的确切标志。相位响应表明，这款器件是一种混合放大器，适用于仪器应用。巨大增益意味着低失真。
另一种形式的混合放大器是斩波放大器，或自动调零放大器。这些放大器也叫做自动归零放大器，它有一个不断校正偏移电压的第二
个放大器。这种功能适用于直流仪器中使用的器件，特别是偏移校正可以消除低频噪声。缺点是这些器件速度慢，而它们的斩波频率一般在 100Hz~35kHz范围内，会对输出造成干扰。这个频率远远超出预期的有用频率，要用后面的滤波器级将其过滤掉。一个值得注意的例外是美国国家半导体公司的LMP2011，它拥有与斩波放大器相应的微伏级偏移，而仍有3MHz的带宽。该器件亦提供比其它斩波放大器更好的瞬态响应与转换速率。
差分输出放大器提供一个音频信号路径，它不受接地回路或缓冲差分输入ADC的影响。差分输出音频放大器工作在千赫兹范围，而ADC缓冲则工作在千兆赫兹范围。
仪表放大器通常是有三个放大器的混合式放大器，这样输入可以工作在大的共模范围内。当你改变一只普通放大器正引脚的电压时，输出电压会跟随输入电压变化，同时输入脚之间的差值使输出端超出该电平。另一方面，仪表放大器有基准脚，它将输出基准设定在所需的电压，一般为地。这一特性使它们能用于测量Wheatstone 桥传感器，如压力规，也可以用于测量高侧电流。它的缺点是速度低和成本高。仪表放大器的通常目标用途是直流信号。有些具有5Hz～0.5MHz 的带宽（根据增益），如德州仪器公司Burr-Brown部的PGA206。这些器件有数字可编程的增益，并采用JFET（结型场效应晶体管）输入级，提供低噪声和高速度。
其它专用放大器已不太流行，但对那些了解如何使用的模拟专家来说，它们仍然是有用的。互导放大器（如美国国家半导体公司的