运算放大器的功率性能权衡
文章：Thomas品牌，ADIP DEVELDS INC.
可用于供电的有限电池能量需要有效的部件，有效模式下电流最小，以最大化设备运行时。
高性能、低功耗:这一要求在越来越多的应用中出现，特别是涉及到移动、电池驱动的设备时。特别是在物联网、工业4.0和数字化时代，这些手持设备使日常生活的许多方面变得更容易。从移动生命体征监测到工业环境中机器和系统的监测等应用都是如此。智能手机和可穿戴设备等终端用户产品也要求更高的性能和最大的电池寿命。
可用于供电的有限电池能量需要有效的部件，有效模式下电流最小，以最大化设备运行时。或者，较低的功耗允许一个人实现相同的电池寿命，电池较低，减小尺寸，重量和成本。温度管理也不应被忽略。这里，更高效的组件也起到了积极的作用。由于产生的热量较低，可以减少占用空间的冷却管理。提供广泛的低功耗甚至超级电源（ULP）组件。本文专注于低功耗运算放大器。
功耗和性能之间的权衡
通常存在与在选择合适的放大器中需要考虑的运算放大器的功耗相关的权衡。
更低的功率通常也意味着更低的带宽。然而，这也取决于给定的放大器结构和稳定性要求。寄生电容和电感越高，通常带宽越低。因此，例如，跨阻抗放大器(电流反馈放大器)提供相对较高的带宽，但精度较低。通过一些技巧，带宽功率比可以提高。
例如，增益带宽（GBW）通常如下：
G米是跨导，或输出电流与输入电压(I出去/ V.在)， C为内部补偿电容。
增加带宽的经典方法是增加偏置电流，这将增加G米以牺牲更多的功耗。但我们不想为较低的力量做到这一点。
通常，补偿电容应该设置主极，所以理想情况下负载电容不会影响带宽。
低电容通常会导致更高的带宽，这将受到放大器的物理特性的限制，但它也会损害稳定性，而它通常会在低噪声增益下改善稳定性。然而，在现实中，我们不能在低噪声增益下驱动这么大的纯电容负载。
在使用低功耗运算放大器的另一个权衡通常是更高的电压噪声。但是，输入的引用电压噪声通常是AMP的主导贡献者在总输出宽带噪声，但它可以通过电阻噪声来支配。总噪声通常由输入级中的噪声源主导（例如，收集器具有射击噪声，并且漏极具有热噪声）。1 / f噪声（闪烁噪声）根据架构而变化，并且是由部件材料中的特殊缺陷引起的。因此，它通常由组件尺寸主导。
相反，当前噪声通常在较低功率水平下较低。然而，特别是在双极放大器中，它也应该不容忽视。在1 / F区域中，1 / F电流噪声可以是放大器输出的总噪声的主要贡献者。其他权衡位于扭曲性能和漂移值中。低功率运算放大器通常表现出更高的总谐波失真（THD），但是相同的电流噪声，双极放大器中的输入偏置和偏移电流随着电源电流的降低而降低。操作放大器的另一个重要特征是偏移电压。它通常通过输入侧部件的适应来影响，因此不会在低功率下造成任何显着的性能损失，因此VOS和VOS漂移是恒定的功率。外部电路和反馈电阻（RF)也会影响运算放大器的性能。较高的电阻值降低了动态功率和谐波失真，但它们增加了输出噪声和与偏置电流相关的影响。
为了进一步降低功耗，许多设备通常具有备用或睡眠功能。这使得在不使用时能够停用密钥设备功能，并且仅在需要时重新激活。低功率放大器的唤醒时间通常更长。先前描述的权衡总结在表1中。
表1.低功耗运算放大器的权衡
这些特性之间的一个很好的折衷是由ADA4945-1双微分放大器。由于其低直流偏置、直流偏置漂移和出色的动态性能，它非常适合于许多高分辨率、强大的数据采集和信号处理应用，在这些应用中需要ADC驱动器，如图1与ADA4945-1，驱动AD4022ADC。包括多种功率模式，可以优化特定转换器的性能与功率权衡。例如，它的全功率模式应该与AD4020，然后您可以切换到低功耗模式的较低的采样率AD4021或AD4022。
图1：高分辨率数据采集系统的简化信号链示例。
关于作者
托马斯品牌始于2015年慕尼黑模拟设备的职业生涯，作为他硕士论文的一部分。在毕业后，他是模拟设备的实习计划的一部分。2017年，他成为了一个现场应用工程师。托马斯支持中欧的大型工业客户，还专注于工业以太网领域。他在莫斯巴赫的研究生研究中介绍了莫斯巴赫大学的电气工程，并在康斯坦茨的应用科学大学硕士学位。他可以到达thomas.brand@analog.com。
