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运算放大器选型:这个保姆级攻略,让你又快又准!


关键词: 放大器, 选料

问:使用DK参数搜索功能选择运算放大器

本文将讨论如何使用Digi-Key的参数搜索功能来选择运算放大器。我们假定你已经掌握了运算放大器的理论知识且了解自己搜索的目标,并在此基础上指导你如何有效使用参数筛选功能,来获得精简的候选物料列表。如果你需要了解运算放大器的理论和应用方面的内容,建议移步至这篇帖子。

选购运算放大器时,首先需要找到这类产品。一种方法是简单地搜索“运算放大器”,在结果页面顶部附近点击期望的主要产品族,在该页面中,你可以方便地点击查看相关的结果。


这里囊括了工程师通常所需的绝大多数运算放大器物料,不过也存在少量的其他产品族,其中可能包含具有更专业用例的相关产品。

如果你查看的是“线性—放大器—仪表、运算放大器、缓冲放大器” 产品族,可点击结果页面顶部的面包屑导航中的 “集成电路” 链接,以查看该产品类别中所有产品族的列表。其他含有运算放大器产品的产品族会相邻列出,产品族名称的前缀均为 “线性—放大器—____”。


找到主要的运算放大器产品族后,你需要从大量的参数筛选条件中进行选择。


常有人问“我应该先选哪一个” ?因此下文将按从左到右的顺序,简要介绍每一个筛选条件的用法。此处也适用工程领域的通用回答(“具体取决于……”)。大多数应用都有一些不可协商的基本要求,比如电源电压和封装类型(表面贴装与通孔)。因此需要从日常必要的条件开始筛选。除此之外,通常只有一两个性能参数是特别重要的,因此需要确认哪个参数是所给定应用的关键。这是理论和应用范畴的问题,本文不再赘述。

制造商

如果你是某个品牌的忠实拥趸或发誓不再使用某个品牌,则可在此列中进行选择,以匹配这些偏好。由于最近电子公司相互并购的行为造成了产品的混乱,这一简单的筛选条件可避免产生混淆。

包装

包装涉及到产品的包装方式,并包含一些采购隐含条件——比方说,你总共想购买3个运算放大器,那就无需查看最低订购量为5,000颗的包装样式结果,也可能不乐意为三个物料购买包装整齐的Digi-Reel封装。在这种情况下,你可以选择除“Digi-Reel”和“卷带包装”之外的所有选项。不过对于运算放大器而言,“切割卷带”和“管装”列表就已经涵盖了大量可用的厂商物料编号。

系列

此条件中会列出厂商的品牌或产品线名称,供你选择。虽然这一筛选条件在运算放大器方面不如一些其他产品族那样实用,但出于规范以及DK业务实践要求,我们还是将其列出。

零件状态

你可在此处根据产品的生命周期阶段筛选出产品列表。毫无疑问,“有源”(在现行生产中,未宣布即将停产)物料是新设计活动的首选。而 “现有库存” 和 “停产” 的筛选组合恐怕只适合恶作剧了。

到目前为止,参数列几乎都还只是样板文件中的内容,这些概念可以转换并应用于大多数Digi-Key产品组合。现在,我们开始介绍实际的运算放大器相关的筛选条件……

放大器类型

该参数反映的是供应商营销团队用来描述物料的主要形容词。此处列出的许多值都表示通用运算放大器架构的显著差异(例如 仪表、隔离和对数 ),因此具有重大意义和显著差别,足以合理作为物料的主要形容词。该列还有其他一些值,用于描述基础运算放大器的相对较小的实施差异( JFET 、 CMOS )、反映未定义的营销术语( 音频 )、反映与其他术语不互斥的常见架构类别( 电压反馈、电流反馈 ),以及虽然直白但没有特别帮助的术语( 通用 )。

鉴于该参数所涉及的混合环境和可选值的非正交性质,请小心、谨慎地使用该参数。虽然在大部分情况下,选择基本运算放大器的区别性差异(仪表放大器、隔离放大器等)是安全的,但是如果你要找的产品是以标准运算放大器符号示意的,则可能会带来更多不必要的麻烦。

电路数

如果你对封装中的不同放大器电路的数量有要求,则可以在此选择。对于这一放大器特征,选择最多的是一路和两路产品,三路产品往往是针对视频应用而开发的产品。

输出类型

此条件反映的是产品的输出结构特征。该参数仍待继续完善,尽管作为其来源的数据集中所含的内容已相当准确,但它还远未完成——该产品族中大约一半的物料尚未赋值。因此,如果你在本列中选择了参数并希望获得全面的筛选结果,请选择虚线(空)值,以避免遗漏可行的候选物料。尽管你将需要筛除大量的误报结果,但避免了草率地去除一半的产品组合。

压摆率

放大器的压摆率特性受到多种因素的影响,而各厂商并不会完全按统一的标准来制造运算放大器。因此,你应将此处显示的数据视为近似值且带有许多在参数搜索中没有显示的限定性条件。使用此参数进行筛选时,建议包含那些略微偏离目标值的值、大幅超出目标值范围的值以及虚线值。这样能最大限度地降低去除有效的候选产品的风险。

增益带宽积( GBP )和 -3dB 带宽( BW )

GBP和-3dB BW是测量放大器整体“速度”的常用指标,与压摆率直接相关。此处也建议你放宽参数的选择范围——你只需为放大器 “选择居住的大洲,而不必细致到街道地址” 。

请勿两列都选择!!!
选择其中之一即可!!!

同时使用这两个参数来表征放大器的情况是比较少见的(当前列表中不到10%)。电压反馈产品倾向于使用GBP,而电流反馈产品通常使用-3dB BW来表征;这两种体系结构中更加独立于应用的灵敏值也不尽相同。

本帖撰写之时,DK网站最近正在进行开发,因此无法在启用范围搜索的参数搜索结果中包含带虚线(未指定/等待填充/不适用)值的产品。因为这两个参数都是针对同一个物料定义的,这是很少见的情况,因此如果同时在这两个参数列中选择(即使选择了两列中所有的可用值),就会筛除产品族中90%以上的物料。

电流输入偏置

该列中的条目通常代表厂商提供的“典型”表征值,该值可能比保证的最大值(如果厂商提供)小一个数量级。当偏置电流是驱动因素时,应按照比误差允许范围更严格的要求来选择值,这样可以缩小“典型”值和“最大”值之间的差异,并有助于更快地精简结果列表,以选出最合格的候选产品。

电压输入失调

此参数列中的值反映的是“典型”值或“最大”值,两者之间同样可能相差十倍。失调电压似乎比偏置电流更有可能达到指定的保证限值,但是引用值所适用的测试条件可能会千差万别。例如,有些值可能仅适用于25℃的恒温环境,而其他值可能适用于超出物料的额定温度范围的温度。

考虑到本参数列中所列值的限定性条件中的变化性,当应用以失调电压作为驱动标准时,需要采取一些策略。如果参数的选择标准比应用要求的更加严格,则可减少必须筛除的误报数量,但同时也可能会筛除一些可行的候选物料。另一方面,一开始扩大选择范围有助于限制其他重要选择标准的应用范围,选择完毕后可以回到失调电压列,并据此进行最终的选择。

电流 – 电源

此列的值可反映厂商的典型规格或保证的最大规格,并且使用的电源电压和产品温度等因素会对实际观察到的行为产生影响。尽管该参数有利于在已有明确功率预算的应用中缩小最初候选物料的范围,但其往往都用于在基于其他标准选择候选物料中作出最终决定,而并非在选择物料时的主要考虑因素。

电流 – 输出 / 通道

此列中的值反映的是厂商指示的最大值。如果某个应用需要一个产品来供应巨大的输出电流,建议选择标示值大于设计要求的所有产品。如果巨大的输出电流预计会持续很长一段时间,请选择在应用要求和标示值之间留有一定余量的产品;通常直接按这一参数的限值来选择产品的结果并不会很理想。

电压 – 电源,单 / 双( +/- )

许多应用都预先设定了可用的电源电压,在这种情况下,这可能是你想要选择的第一个参数。

此列所示的值通常采用两种形式:

  • ±X~Y形式表示 “双电源” 产品,要求信号在电源之间的中点附近发生偏置
  • 2U~2W和±U~W形式表示产品支持 “单电源” 运行,这表示包括负供电轨的共模输入范围。对于 “单电源” 产品而言,输出电压能够在负供电轨附近浮动的情况虽然很常见,但并不必要;如果此为必要的功能,请在作出最终选择之前,对照规格书进行验证。

当基于可用的输入电压选择产品时,首先要确定外部电路是否需要“单电源”放大器,即共模输入是否会非常接近负供电轨。如果是,则不需要选择任何±X~Y形式的参数值。如果不是,建议考虑供电源导轨之间的总跨度,因为这样一来,你可以在选择支持单电源的产品时查看该列左侧的选项。

第一次可以选择包含预期电源电压的所有值。当预期电源更接近产品允许范围的中间或上端时,通常会获得较好的结果,因为最小电源值通常略大于产品的各项余量要求的总和。一个产品在技术层面符合规范的工作电压可能只有5V,但在这种情况下,如果输入和输出电压只能在0.25V的范围内浮动,这对许多应用来说就不是很有用了……

工作温度

在某种程度上(抱歉……),该参数描述的是关于物料的其他信息,相当于对物料本身的描述。当厂商为偏置电流或失调电压等非理想的物料行为提供保证限值时,该限值将具有一定的温度限定条件。通常,它被称为物料的额定工作温度范围。

请尽可能选择额定温度范围包括预计运行条件的物料。这样一来,在出现问题时你就不必选择在物料规定的限制范围外运行器件。虽然物理现象在温度额定值方面确实有一定的余量,但是如果违反这些额定值的限制,你就只能靠自己了……

安装类型、封装 / 外壳和供应商器件封装

安装类型参数可让你从几种常见的物理产品封装类别中进行选择,并且可以被视为其他封装参数的一种宏观筛选条件。封装/外壳参数使用标准化命名法来表示物理产品封装,而供应商产品封装则使用厂商任意选择的命名法来反映这一内容。选择你想要的封装。根据较为宽松的经验法则,如果你想要小型物料,不妨关注封装编号中包含大量字母表后半部分字母的物料……

更多关于运算放大器的技术信息, 请查看以下内容:



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60分钟,快速构建一个IoT环境监测系统:用BeagleBone,你也行!

作者: Daryl Miller


关键词: 开发工具, 方案, 物联网

BeagleBone是一款低功耗单板计算机,凭借一系列强大的功能,在物联网商业和工业应用开发领域赢得了领先硬件平台的美誉。其集成闪存可以存储操作系统、软件和数据,无需外接闪存卡,从而避免了丢失或损坏。BeagleBone的多个I/O也让开发者能更容易地将其直接与多个传感器和外设同时连接,而无需采取冷却措施。

这些功能组合在一起使得BeagleBone成为诱人的高性价比物联网环境监测解决方案原型设计与构建选择,帮助组织机构提高资源使用效率,同时增强安全性并降低运营成本。

在《使用 BeagleBone Black 和物联网传感器进行通用环境监测》一文中,Machinechat的Daryl Miller通过六个简单的步骤(大约一个小时)演示了如何将BeagleBone板改造成可扩展的环境监测解决方案,并轻松适应从温室到数据中心的各种应用。

完成这个项目,大约需要花费120美元购买硬件、传感器和软件即可。

想要详细了解该项目的构建过程

体验BeagleBone开发的乐趣

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11款年度热门开发板种草秀:哪款会让你“上头”?


关键词: 大咖在DK, 开发工具

春暖花开,大家都已经他将踏上新一年的征途。对于工程师来说,看看今年的开发计划,肯定要考虑在自己的案头是否需要添加几块得心应手的开发板。正好,我们的“年度板卡盘点”如约而至,希望从中大家能够找到自己心仪的那一款。

如今,市面上的板卡种类琳琅满目,不胜枚举。大家在面对众多产品时,时常会一头雾水,难以选择。面对一块板子,如何能够快速get到它的关键点——正好,本期视频能给大家一些小小建议。

这里我们所推荐的板卡,有些性能强悍、有些成本超低、有些是年度热卖、有些是新晋网红……接下来,有请达尔闻的妮姐为大家逐一盘点,一起来看看哪些板卡值得入手吧!
(PS:以下推荐无先后之分)


视频中推介的各款板卡的相关介绍及资源链接,我们也帮大家梳理好了,请小伙伴们查收——

NUCLEO-H745ZI-Q开发板

采用STM32H745ZI MCU和SMPS的STM32 Nucleo-144开发板

支持Arduino、ST Zio和morpho连接,STM32H745ZI是带DSP和DP-FPU的高性能双核ARM Cortex-M7 + Cortex-M4 MCU,具有2 MB Flash、1 MB RAM、480 MHz CPU、ART加速器、一级缓存、外部存储器接口、大量外设和SMPS。

STM32 Nucleo-144板为用户提供了一种可负担的灵活方法,通过选择STM32微控制器提供的各种性能和功耗特性组合来尝试新概念并构建原型。对于兼容板,内部或外部SMPS可显著降低运行模式下的功耗。ST Zio连接器扩展了ARDUINO® Uno V3的连接能力,而ST morpho接头则提供了简便的方法来扩展Nucleo开放式开发平台的功能,并提供多种专用屏蔽。由于集成了ST-LINK调试器/编程器,STM32 Nucleo-144板无需单独的探头。

STM32 Nucleo-144板随附STM32全面的免费软件库和STM32Cube MCU软件包示例。

STM32072B-DISCO 探索套件

采用STM32F072RB MCU,包含丰富的开发资源

32F072BDISCOVERY探索套件帮助用户探索STM32F072RB,它集成了STM32F0系列中可用的完整功能集,可轻松协助开发相应的应用程序。其包含了初学者和高阶用户快速入门所需的一切资源。 在STM32F072RBT6微控制器基础上,本套件集成了ST- link /V2嵌入式调试工具接口、ST MEMS陀螺仪、LED、按钮、线性触摸传感器、触摸键、RF EEPROM连接器和USB Mini-B连接器。

Wio Lite AI视觉开发工具

基于STM32H725AE并配有RGB LCD和摄像头的强大AI视觉开发包

Wio Lite AI是一款基于Arm Cortex -M7 32位550 MHz高性能微处理器STM32H725AE芯片的视觉开发工具。 单板配备16MB SPI NOR Flash, 8MB PSRAM,双频2.4GHz/5GHz Wi-Fi和蓝牙5.1。此外,该套件中还有200万像素的DCMI摄像头和一个2.8英寸的电阻式触摸屏RGB LCD,这使得其很容易应用到视觉项目中。

BeagleBone Green

BeagleBone Black差异化版本,专为开发者和业余爱好者而设计

这是BeagleBoard.org和SeeedStudio的合作项目。SeeedStudio BeagleBone Green(BBG)是专为开发者和业余爱好者设计的,低成本、开源、社区支持的开发平台。它基于BeagleBone Black的经典开源硬件设计,并开发成这种差异化版本。 BBG包括两个Grove连接器,使其更容易连接到大量Grove传感器系列。移除板载HDMI为这些Grove连接器腾出空间。其可在不到10秒内启动Linux,只需一根USB电缆即可在5分钟内开始开发。

Raspberry Pi Build HAT

专为安装40针GPIO接头而开发

Raspberry Pi的Build HAT专为安装40针GPIO接头而开发,最多可连接四个来自LEGO Education SPIKE™系统的LEGO® Technic™电机和传感器。可用的传感器包括距离传感器、颜色传感器和力传感器。LEGO Technic电机是有角度的,有各种尺寸,包括可以编程以记录其位置的集成编码器。有了这个系统,就拥有了无限可能性。由于能够连接到40针GPIO 接头,该产品适用于所有Raspberry Pi板以及通过带状电缆或其他扩展设备添加的Pi400。连接的LEGO Technic设备,可以通过Python,以及标准Raspberry Pi配件(如相机模块)实现轻松控制。

Raspberry Pi Build HAT电源可单独购买,旨在提供足够的电源为Build HAT、Raspberry Pi板和所有连接的LEGO Technic设备供电。

Raspberry Pi Zero 2 W单板计算机

继Raspberry Pi Zero W后,在相同的外形尺寸中更强大的版本

Raspberry Pi Zero 2 W是其单板计算机系列中最实惠的一款产品。由于外形相同,Zero 2 W是Zero W的直接替代品。Zero 2 W包括一个主频为1GHz的四核64位Arm® Cortex®-A53 CPU,并围绕Raspberry Pi RP3A0系统级封装 (SiP),将BCM2710A1芯片与512 MB LPDDR2 SDRAM集成在一起。与原单核Raspberry Pi Zero W相比,这种配置使Raspberry Pi Zero 2 W的单线程性能提高了40%,多线程性能提高了5倍。

Raspberry Pi Zero 2 W提供2.4 GHz 802.11 b/g/n无线局域网和Bluetooth® 4.2,支持低功耗Bluetooth (BLE) 和模块化合规性认证。Zero 2 W包含一个microSD卡插槽、一个CSI-2摄像头连接器、一个 USB On-The-Go (OTG) 端口和一个HAT可兼容40针GPIO接头的未填充封装。它由微型USB端口供电。视频输出通过迷你HDMI端口发送;如果需要,也可以通过测试点轻松获得复合视频输出。

Zero 2 W与Zero W具有相同的外形尺寸,因此适合Raspberry Pi Zero现有的大多数应用场合。

LAUNCHXL-CC2640R2 SimpleLink™

低功耗蓝牙® CC2640R2 无线开发套件

借助CC2640R2 LaunchPad开发套件,您可以使用SimpleLink CC2640R2F或CC2640R2L无线MCU 通过低功耗 Bluetooth®连接快速开始。CC2640R2器件提供完全通过认证的蓝牙 5 协议栈,适用于单模式低功耗蓝牙应用且支持高速模式的。

FRDM-K64F开发平台

面向Kinetis® K64、K63和K24 MCU的Freedom开发平台

Freedom-K64F是一款超低成本开发平台,面向Kinetis® K64、K63和K24 MCU。规格与Arduino® UNO Rev3引脚布局兼容。

其配备丰富的外设,包括用于开发完整电子罗盘功能的6轴数字加速度传感器和磁力计,用于直接交互的3色LED和两个用户按钮,microSD卡插槽,以及板载以太网端口,面向Bluetooth®和2.4 GHz无线电附加模块的接头等连接选项,可实现快速原型设计。OpenSDAv2是恩智浦的开源硬件嵌入式串行和调试适配器,它运行开源引导加载程序,并提供串行通信、闪存编程和运行控制调试等选项。

FRDM-K64现在由Arm® Mbed™操作系统和Zephyr操作系统提供支持,这两种开源嵌入式操作系统都可用来开发物联网应用。

Arduino Mega 2560

基于ATmega2560的8位板卡

其含有54个数字输入/输出引脚 (其中15个可以作为PWM输出)、16个模拟输入、4个UART (硬件串口) 、一个16mHz晶体振荡器、一个USB连接、一个电源插口、一个ICSP接头和一个复位按钮。只要用USB线连接到电脑上,或者用AC-DC适配器,抑或电池供电就可以启动了。

EV14C17A图形和触摸 (IGaT) 评估套件

采用Microchip Technology SAME5x 32位微控制器,适用于成本敏感的应用

EV14C17A Graphics and Touch (IGAT) 评估套件采用Microchip Technology SAME5x 32位微控制器,可在不影响性能的情况下,为成本敏感的应用实现最少芯片数的图形和2D触摸屏解决方案。

EV14C17A是用于评估SAME51J20A微控制器的硬件平台。这个由硬件平台和软件库组成的创新系统将展示如何在不需要外部触摸控制器的情况下轻松地为各种应用制作人机界面。此设计领先于市场上所有其他Arm® Cortex®-M4触摸和图形解决方案,因为它无需专用触摸控制器,也无需调整控制器,从而降低了成本和复杂性。所有固件,包括图形和触摸库以及演示应用程序,都可以通过集成的MPLAB® Harmony v3框架公开获得。

该评估套件将完整的触摸屏、TFT图形和触摸表面集成到一个受MPLAB X集成开发环境 (IDE) 支持的单芯片解决方案中。评估套件可轻松访问SAME51J20A的功能,以将器件集成到定制设计中。IGAT Curiosity评估套件包括一个板载调试器;因此,无需外部工具即可对SAME51J20A器件进行编程。

AEK-MOT-3P99081

基于SPC560P和L9908的专用CAN总线控制无刷电机评估板

AEK-MOT-3P99081评估板基于SPC560P Pictus 32位MCU和L9908门驱动器,在汽车无刷电机应用中可以控制6个N沟道FET。AEK-MOT-3P99081支持独立的编码器输入和霍尔传感器来检测和控制电机转速。L9908通过专用的PWM输入引脚独立控制每个N通道场效应晶体管。采用SPC560P单片机,通过SPI控制L9908的配置、保护和诊断功能。固件是预加载的,可以通过can总线外部驱动。



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难搞的工业信号调节,零漂移运算放大器是如何搞定的?

作者:Jeff Shepard


关键词:  信号, 放大器

随着工业系统越来越多地从机械控制转向电子控制,制造商看到了产品质量和工人安全性的提升。之所以如此,主要原因是后者在恶劣环境中给工人提供了更大的保护。然而,正是这些恶劣的环境、极端的温度以及电气噪声和电磁干扰 (EMI),使得良好的信号调节对于保持电路的稳定性和灵敏度至关重要,而这正是工业机械在运行寿命期内实现可靠、精确和准确的控制所需要的。

信号调节链中的一个关键元件是运算放大器,它是一种高增益的直流差分放大器,用于采集和放大所需的信号。标准的运算放大器容易受到温度漂移的影响,而且精度和准确性有限;因此,为了满足工业要求,设计人员会增加某种形式的系统级自动校准功能。问题是,这个校准功能实现起来可能很复杂,而且会增加功耗。此外,它还需要更多的电路板空间,并会增加成本和设计时间。

本文将回顾工业应用中的信号调节要求以及设计人员需要关注的问题。接下来,将介绍ON Semiconductor的高性能零漂移运算放大器解决方案,并说明为什么以及如何将其用于满足工业信号调节要求。同时还将探讨这些器件的其他相关特征,如高共模抑制比 (CMRR)、高电源抑制比 (PSRR) 和高开环增益。

工业信号调节应用

工业系统中经常使用到低压侧电流传感和传感器接口。由于与这些电路相关的差分信号非常小,因此设计人员需要高精度的运算放大器。

图1为用于检测过流情况的低压侧电流传感电路,该电路常用于反馈控制。图中一个低阻值检测电阻器(<100毫欧 (mΩ))与对地负载串联。该电阻器的低阻值可以减少功率损耗和发热,但也会相应导致小压降。精密零漂移运算放大器可以用来放大检测电阻上的压降,增益由外部电阻R1、R2、R3和R4设定(其中R1=R2、R3=R4)。高精度需要精密电阻器,设置增益是为了利用模数转换器 (ADC) 的满量程以获得最高的分辨率。


图1:展示检测电阻和ADC间运算放大器接口的低压侧电流传感电路。(图片来源:ON Semiconductor)


工业和仪表系统中用于测量应变、压力和温度的传感器通常配置为惠斯通电桥配置(图2)。提供测量的传感器电压变化可能相当小,必须在进入ADC之前进行放大。由于精密零漂移运算放大器具有高增益、低噪声和低失调电压,因此常被用于这些应用。


图2:精密运算放大器通常与惠斯通电桥一起使用,用以放大来自应变、压力和温度传感器的信号,然后再将该信号发送到ADC。(图片来源:ON Semiconductor)



精密运算放大器的关键参数

失调电压、失调电压漂移、对噪声的敏感度和开环电压增益是限制运算放大器在电流传感和传感器接口应用中性能的关键参数(表1)。


表1:影响精度和准确性的精密运算放大器关键参数。(图片来源:ON Semiconductor)


输入失调电压(用VOS或VIO表示,具体取决于制造商)源自半导体制造工艺的不完善,导致在VIN+和VIN-之间出现一个差分电压。这是零件间的差异,会随温度漂移,并且可能为正值或负值,因此很难校准。设计人员为减少标准运算放大器的偏差或漂移所做的努力不仅增加了复杂性,而且在某些情况下会导致功耗增加。

例如,考虑使用采用差动放大器配置的运算放大器进行电流传感(图3)。


图3:使用采用差动放大器配置的运算放大器进行电流传感。低失调电压至关重要,因为输入失调电压会被噪声增益放大,在输出端产生失调误差(表示为“VOS导致的误差”)。(图片来源:ON Semiconductor)


输出电压为信号增益项 (VSENSE) 与噪声增益项 (VOS) 之和,如公式1所示。

    公式1

作为内部运算放大器参数,输入失调电压乘以噪声增益而不是信号增益,从而产生输出失调误差(图2中的“VOS导致的误差”)。精密运算放大器利用各种技术尽可能地降低失调电压。在零漂移运算放大器中,这尤其适用于低频和直流信号。与通用运算放大器相比,精密零漂移运算放大器的失调电压可以低两个数量级以上(表2)。


表2:对比选定通用运算放大器和斩波稳定零漂移运算放大器的最大失调电压,精密零漂移运算放大器的失调电压可以低两个数量级以上。(图片来源:ON Semiconductor)



零漂移运算放大器

凭借其改进的性能,设计人员可以使用零漂移运算放大器满足工业应用的信号调节要求。ON Semiconductor的NCS325SN2T1G和NCS333ASN2T1G是两个具有不同性能水平的零漂移运算放大器实例。设计人员可将NCS325SN2T1G器件用于精密应用,优势在于其50微伏 (µV) 的失调和0.25µV/°C的漂移,而NCS333ASN2T1G系列则适用于最苛刻的高精度应用,可提供10µV的失调和仅0.07µV/°C的漂移。这两个运算放大器采用不同的内部架构实现了零漂移。

NCS333ASN2T1G 采用斩波稳定架构,其优点是最大限度地减少了失调电压随温度和时间的漂移(图4)。与传统斩波架构不同,该斩波稳定化架构有两条信号路径。


图4:NCS333ASN2T1G有两条信号路径:第二条路径(下方)对输入失调电压进行采样,用于校正输出端的失调。(图片来源:ON Semiconductor)


在图4 中,下方信号路径是斩波器对输入失调电压进行采样之处,随后会用于校正输出端的失调。失调校正出现在125千赫兹 (kHz) 频率。斩波稳定架构经过优化,可在频率达到相关奈奎斯特频率(失调校正频率的1/2)时获得最佳性能。由于信号频率超过了62.5kHz的奈奎斯特频率,因此在输出端可能会出现混叠现象。这是所有斩波和斩波稳定架构的固有限制。

尽管如此,NCS333ASN2T1G运算放大器在125千赫以内仍具有最小的混叠,且到190千赫前仍保持低混叠。ON Semiconductor的专利方法使用了两个级联、对称的电阻-电容 (RC) 陷波滤波器,调谐至斩波频率及其五次谐波频率,以减少混叠效应。

自动归零架构

零漂移运算放大器的另一种实现方法是采用自动归零架构(图5)。自动归零设计有一个主放大器和一个归零放大器。它还使用了时钟系统。在第一阶段,开关电容将前一阶段的失调误差保持在归零放大器输出上。在第二阶段,利用归零放大器输出的失调来修正主放大器的失调。ON Semiconductor的NCS325SN2T1G采用了自动归零架构。


图5:像NCS325SN2T1G这样带有开关电容的自动归零运算放大器的简化框图。(图片来源:ON Semiconductor)


NCS333ASN2T1G(斩波稳定架构)和NCS325SN2T1G(自动归零架构)除了在失调电压和漂移方面有上述差异外,不同的架构还产生了开环电压增益、噪声性能和混叠敏感度的差异。NCS333ASN2T1G的开环电压增益为145分贝 (dB),而NCS325SN2T1G的开环电压增益为114dB。考虑噪声,NCS333ASN2T1G的CMRR为111dB,PSRR为130dB,而NCS325SN2T1G的CMRR为108dB,PSRR为107dB。两者评价都很好,但NCS333ASN2T1G的表现要优于NCS325SN2T1G。

NCS333ASN2T1G系列运算放大器也具有最小的混叠。这是因为ON Semiconductor的专利方法使用了两个级联、对称的RC陷波滤波器,调谐至斩波频率及其五次谐波频率,减少了混叠效应。理论上,自动归零架构会比斩波稳定型表现出更大的混叠程度。但是混叠效应会有很大的不同,且不一定会被指明。设计者要了解所使用具体运算放大器的混叠特征。混叠不是采样放大器的缺陷,而是一种行为。了解这种行为以及如何避免这种行为可以让零漂移放大器以最佳状态运行。

最后,运算放大器还具有不同程度的EMI敏感度。半导体结可以接收并整流EMI信号,在输出端产生EMI引起的电压失调,为总误差增加了另一个分量。输入引脚对EMI最敏感。高精度NCS333ASN2T1G运算放大器集成了低通滤波器,降低了对EMI的敏感性。

设计和布局注意事项

为了确保实现最佳的运算放大器性能,设计者必须遵循良好的电路板设计惯例。高精度运算放大器是敏感器件。例如,将0.1微法拉 (µF) 的去耦电容尽可能靠近电源引脚放置就很重要。另外,在进行分流连接时,电路板上的印制线要等长、等尺寸,且要尽量短。运算放大器和分流电阻器应在电路板的同一侧,对于要求最高精度级别的应用,应使用四端子分流器,也称开尔文分流器。综合使用这些技术将降低 EMI 的敏感度。

连接时一定要按照分流器制造商的建议进行。连接不当会给测量增加不必要的杂散引线阻抗和感应阻抗,并增加误差(图6)。


图6:描绘杂散电阻的两端子分流电阻器(RLead和RSense)连接。(图片来源:ON Semiconductor)


精度可能会受到输入引脚上与温度有关的失调电压差异的影响。为了将这些差异降到最低,设计人员应使用热电系数低的金属,并防止热源或冷却风扇出现温度梯度。

结语

在各种工业应用中,对精密、准确的信号调节的需求不断增加。伴随着这种需求增加的是对低功耗、紧凑型解决方案的需求。运算放大器是信号调节中的关键元件,但设计人员需要增加自动校准和其他机制,以确保系统时间和温度稳定性,因此增加了系统的复杂性、成本和额外的功耗。

幸运的是,设计人员可以转而使用高性能零漂移运算放大器,这些器件具有连续的自动校准功能、极低的失调电压以及近零的时间和温度漂移。此外,它们在宽动态范围内功耗低,结构紧凑,并且具有所有工业应用都需要的高CMRR、高PSRR和高开环增益关键特征。

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两种磁铁极化类型分不清?这张图,一看就明白!


关键词:  工作原理

问:磁铁极化类型

在我们网站的『磁体—多用途』产品类别中,列有两种磁铁极化类型——轴向和径向。这两种极化的有何区别?本文将做一个简要的说明。

轴向

是指磁化方向为沿轴方向,北极和南极位于平面上。标准冰箱磁铁就是轴向磁化磁铁的一个示例。

径向

这种磁铁极化类型的磁化为跨直径方向,北极和南极位于曲面的相对两侧。

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树莓派操作系统如何安装?看完此文,快速入门!


关键词: 开发工具, 编程

问:Raspberry Pi(树莓派)操作系统

Raspberry Pi(树莓派)需要搭载操作系统才能正常运行。官方支持的操作系统是Raspberry Pi OS。Raspberry Pi OS兼容所有的Raspberry Pi型号。

使用Raspberry Pi Imager安装Raspberry Pi OS

借助Raspberry Pi Imager,你可以轻松、快速地将Raspberry Pi OS和其他操作系统安装到microSD卡中,从而与Raspberry Pi搭配使用。

下载Raspberry Pi Imager并通过SD读卡器将其安装到电脑中。将需要与Raspberry Pi搭配使用的SD卡插入读卡器中并运行Raspberry Pi Imager。

要安装 Raspberry Pi OS ,请在终端窗口中输入:
sudo apt install rpi-imager
如需了解更多详情并下载操作系统图片,请访问此处。

 

第三方软件

如需将其他第三方软件与Raspberry Pi搭配使用,请访问Raspberry Pi的操作系统网页,了解详情并手动安装。

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16小时,快速破解难题!带你走进一群电子设计“隐世高手”的世界


关键词:  工作原理, 电路设计

在16个小时之内,一个设计人员和工程师团队,按照发现、构思、原型设计和产品展示四阶段,来解决一个日常生活中遇到的棘手问题——这样一个极具挑战性的故事是不是很有意思?今天,我们就将通过下面这个视频,给大家讲述这样一个故事。

这个视频的题目是《如何改造直排轮滑鞋的电子刹车系统?》,讲述了故事中开发团队如何为直排轮滑鞋设计优化的机械刹车系统。在视频中,「隐世高手」Sean Pheanis 将这个想法带到了 Tomorrow Lab 团队,并讲解了他所需要解决的难题——在下坡或躲避障碍时能够实现更安全的刹车能力。随后,他们的工程师团队依次按照 Tomorrow Lab 产品发明工作流程的四个阶段,使用 Digi-Key 的元器件,开发出了遥控刹车器,并以视频的形式记录下了整个过程。

想了解「隐世高手」工程师吗

如何高效应对设计难题

请来观看完整的视频

↓↓↓


通过 《隐世高手》视频系列,我们希望能够分享工程师们动手将创意变为现实时的乐趣,也希望突出强调设计新产品的四个不可或缺的阶段,以及展现在这个过程中如何在有限的时间和资源情况下权衡各种选项,最终解决问题的历程和经验。我们希望藉由此系列视频,能够激励世界各地的工程师、初创公司和创客们,将他们自己的想法付诸实践——天才往往就在眼前,而开启这段旅程是实现这一目标最关键的一环。虽然这些想法可能没有直接的商业应用,但我们仍然希望能借此吸引并激发新的民间高手,发挥你的想像,行动起来!

视频里用到的产品

RF 遥控系统 315MHz 可寻址照明 series 12环形 LED
Digi-Key 零件编号 1528-1934-ND Digi-Key 零件编号 1528-1603-ND
线性稳压器替代品 直流转换器 series RF 接收器
Digi-Key 零件编号 1951-2747-ND Digi-Key 零件编号 1528-1935-ND



关于 Tomorrow Lab

Tomorrow Lab 成立于 2010 年,是一家技术创新工作室, 与各色各样的企业家建立了合作关系,共同研发新型硬件产品。工作室专注于新硬件技术的原型设计,并将这些原型转变为可上市、可制造的产品。

在日常生活中,你有没有一些

能让大家生活更美好的创意想法

并也想动手实现的它?

请在文末留言告诉我们!

你的想法也有机会被我们工程师团队选中

并将它变为现实,让你美梦成真!



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一周新品推荐:Alpha Wire高性能高比重电缆和Diodes DC-DC降压转换器

本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——Alpha Wire的Metric EcoWire架空电线和Diodes 公司DC-DC降压转换器。

产品一: Alpha Wire的Metric EcoWire架空电线

在线缆选型时,除了基本的电气特性,重量也是一个很重要的因素,因此选择比重比较小的电缆有利于减少整个线缆系统的体积和重量。

Alpha Wire推出的采用改良型聚亚苯基醚(mPPE)绝缘材料的Metric EcoWire架空电线,具有很强的介电性能,因此可以在减小绝缘层壁厚的同时,保持与PVC材料相同的绝缘性能。这使得该电缆与同等PVC电线相比,直径减小了45%,绝缘材料比重降低了25%至40%,重量减少达40%。这就意味着,Metric EcoWire电缆可在更紧凑的封装内提供比PVC更高的性能。

该电缆的工作温度范围是-40°C至+105°C ,不含卤素、邻苯二甲酸盐及重金属,符合RoHS和WEEE标准的要求。

了解Alpha Wire Metric的EcoWire架空电线更多信息,请看以下视频:



产品二:Diodes 公司DC-DC降压转换器

作为一种常用的电源管理器件,DC-DC降压转化器一直在不断优化,集成越来越多先进的功能。Diodes公司提供的品种丰富、功能强大的DC-DC降压转换器就是其中的代表作。

这些DC-DC降压转换器最大输入电压5.5V至40V,车规级产品均获得AEC-Q100认证。其中的一些转换器采用了特殊的门极驱动设计,能够在LDO模式运行,占空比接近100%。这些DC-DC转换器具有出色的EMI特性,通过门极驱动器算法,在不牺牲MOSFET开关速度的前提下消除开关节点振铃。由于采用了峰值电流模式控制且集成环路补偿网络,可有效控制所需外部元件数量。

此外,Diodes公司的很多降压转换器产品都有固定导通时间控制,因此可以采用具有低等效串联电阻的输出电容。同时,其还内置丰富的电路保护特性,是很多应用的理想选择。

了解Diodes 公司 DC-DC 降压转换器的更多信息,请看以下视频:


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LED硫化很讨厌,如何做才能避免?


关键词:  LED, 质量

问:LED硫化——发生了什么?

有些LED引线框上会涂一层镀银,以提高离开晶粒光的反射率,但这容易引起硫化。硫化是硫和银之间的化学反应。

硫会腐蚀银。硫可以穿透LED,久而久之会使引线框上的银涂层变色。它会导致电线脱层,从而影响发光强度。在极端情况下,还会导致LED完全失效。




因此,一些LED并不包含任何镀银引线框,并会使用抗硫元件。想要了解更多抗硫化的知识,请查看论坛中下面这个帖子——使用抗硫化元器件有什么好处? 

更多有关LED的技术信息, 请查看以下内容:



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美国线规(AWG)快速转化为公制:这份速查表,请收好!


关键词: 线缆, 工具

问:如何将线规转换为公制

美国线规(AWG)是测量电线(特别是有色的导电电线)直径的标准。AWG通常用于表示剥除绝缘层后的导体(裸线)的直径。通常,从AWG转换到公制看起来非常复杂。有什么能快速得到转换结果的方法呢?

以下是AWG和公制之间的转换查找表,涵盖了两者之间的常见转换。


更多有关线缆的技术信息, 请查看以下内容:



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