運(yùn)算放大器的功耗性能權(quán)衡

高性能和低功耗：這一要求即將實(shí)現(xiàn) 在越來越多的應(yīng)用中，特別是在移動(dòng)、電池供電方面 設(shè)備。特別是在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè) 4.0 和數(shù)字化時(shí)代，這些 手持設(shè)備使日常生活的許多方面都更輕松。在應(yīng)用程序中也是如此 從移動(dòng)生命體征監(jiān)測到機(jī)器和系統(tǒng)監(jiān)測 在工業(yè)環(huán)境中。對(duì)更高性能和最長電池壽命的需求 也出現(xiàn)在最終用戶產(chǎn)品中，例如智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備。

可用于供電的電池能量有限，因此需要高效 在活動(dòng)模式下具有最小電流的組件，可最大限度地延長設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。 或者，較低的功耗允許實(shí)現(xiàn)相同的電池 使用低容量電池的使用壽命，減小尺寸、重量和成本。溫度 管理也不應(yīng)被忽視。在這里，更高效的組件 發(fā)揮積極作用?？梢詼p少占用空間的冷卻管理 因?yàn)楫a(chǎn)生的熱量較低。有廣泛的 提供低功耗甚至超低功耗 （ULP） 組件。本文 特別關(guān)注低功耗運(yùn)算放大器。

功耗和性能之間的權(quán)衡

通常存在與操作功耗相關(guān)的權(quán)衡 在選擇合適的放大器時(shí)需要考慮的放大器。

較低的功耗通常也意味著較低的帶寬。但是，這也取決于 關(guān)于給定的放大器架構(gòu)和穩(wěn)定性要求。越高 寄生電容和電感，通常帶寬越低。因此 例如，跨阻放大器（電流反饋放大器）提供 帶寬相對(duì)較高，但精度較低。通過一些技巧， 帶寬功率比可以提高。

例如，增益帶寬（GBW）通常如下：

Gm是跨導(dǎo)，或輸出電流與 輸入電壓（I外/V在），C為內(nèi)部補(bǔ)償電容。

增加帶寬的經(jīng)典方法是增加偏置電流，這將 增加 Gm以更多的功耗為代價(jià)。但我們不想做 用于降低功率。

通常，補(bǔ)償電容應(yīng)設(shè)置主極點(diǎn)，因此理想情況下 負(fù)載電容完全不會(huì)影響帶寬。

較低的電容通常產(chǎn)生較高的帶寬，然后受到限制 受放大器的物理特性影響，但也會(huì)損害穩(wěn)定性， 而它通常會(huì)在低噪聲增益下提高穩(wěn)定性。不過 實(shí)際上，我們無法在較低的噪聲增益下驅(qū)動(dòng)那么大的純?nèi)菪载?fù)載。

使用低功耗運(yùn)算放大器的另一個(gè)權(quán)衡是通常更高的電壓 噪聲。但是，折合到輸入端的電壓噪聲通常是放大器的主要因素。 對(duì)總輸出寬帶噪聲的貢獻(xiàn)，但它可能由 電阻噪聲?？傇肼曂ǔＳ?輸入級(jí)（例如，集電極具有散粒噪聲，漏極具有熱效應(yīng) 噪音）。1/f 噪聲（閃爍噪聲）因架構(gòu)和 是由組件材料的特殊缺陷等引起的。 因此，它通常由組件尺寸決定。相比之下，電流 在較低的功率水平下，噪聲通常較低。然而，特別是在雙極性放大器中， 它也不應(yīng)被忽視。在1/f區(qū)域，1/f電流噪聲可以是 放大器輸出端總1/f噪聲的主要貢獻(xiàn)因素。其他權(quán)衡 在于失真性能和漂移值。通常使用低功耗運(yùn)算放大器 表現(xiàn)出更高的總諧波失真（THD），但與電流噪聲一樣， 雙極性放大器中的輸入偏置和失調(diào)電流隨減小而減小 電源電流。運(yùn)算放大器的另一個(gè)重要特性是 失調(diào)電壓。它通常通過輸入側(cè)的適應(yīng)來影響 組件，因此不會(huì)在 低功耗，因此VOS和VOS漂移在功率范圍內(nèi)是恒定的。外部電路 和反饋電阻（RF） 也會(huì)影響操作的性能 放大器。較高的電阻值會(huì)降低動(dòng)態(tài)功率和諧波 失真，但它們會(huì)增加輸出噪聲和與 偏置電流。

為了進(jìn)一步降低功耗，許多設(shè)備通常具有 待機(jī)或睡眠功能。這樣可以停用關(guān)鍵設(shè)備功能 不使用時(shí)，僅在需要時(shí)重新激活。喚醒時(shí)間為 對(duì)于低功率放大器，通常更長。前面描述的權(quán)衡是 總結(jié)見表1。

ADA4945-1雙極性差分放大器在這些特性之間提供了很好的折衷方案。由于其低直流偏移、直流失調(diào)漂移和出色的出色 動(dòng)態(tài)性能，非常適合眾多高分辨率、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù) 采集和信號(hào)處理應(yīng)用，其中需要驅(qū)動(dòng)器 ADC，如圖1所示，使用ADA4945-1驅(qū)動(dòng)AD4022 ADC。包括 多種功耗模式，您可以優(yōu)化性能與功耗權(quán)衡 特定的轉(zhuǎn)換器。例如，其全功率模式應(yīng)與AD4020良好配對(duì)，然后您可以為較低樣本切換到低功耗模式 AD4021或AD4022的速率。

圖1.高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡化信號(hào)鏈?zhǔn)纠?/strong>