OPAアンプスタイル

記事は2つのブロックで構成されています。
1.幅広いアプリケーションに対応するレールtoレール入出力（RRIO）オペアンプの選択。
オタク向け：
2.独自のアンプを作成します。 例。

目標1.最初のブロック

既製のデバイスから広範囲に使用するために、適切なレールツーレール入力出力（RRIO）と低コストのオペアンプを選択します。

トランシーバー用の強力なアンプと SubAMPシリーズのサブウーファー用のアンプを作成する場合、電源シェルフに対する電圧を測定するという疑問が生じました。 つまり、たとえば、電源の高い正電位で小信号シャントセンサーの電流を測定する必要があります。 ハイサイド電流検出を行います。 つまり、非常にプラスで、オペアンプの電力はそれを超えてはなりません。

既製の電流センサーがありますが、私たちは変態であり、安価で独創的です。
地上付近の測定では、すべてが明確であり、入力用にpチャネル差動ペアを備えたlm124（lm324）、2904、コンパレータ199、139、311など、このために特別に設計された多数のオペアンプがあります。 tl07xや08x、jrc4558、ne5532などの古いオーディオオペアンプは、グランド近くの望ましい動作/オペアンプへのマイナス電力のために同じ入力pペアを持っています。

そして、そのようなペアは、電流ミラーの動作に必要な電圧リザーブのため、正の自己供給に近い信号を測定できないことを知っている人は知っています。 さらに、pチャネルトランジスタは高周波ではありません。 入り口にnチャンネルのペアを備えたオペラを含めることで節約できますが、これは私たちの状況を完全に解決する方法ではありません。 完全なコーシャのために、オペアンプのマイナスおよびプラスのパワーシェルフ周辺の信号レベルで動作するには、レールツーレール入力構造を使用する必要があります。 そして、本当に良いものにするためには、入力と出力でこのチップを使用する必要があります。 RRIO OPA -rail-to-rail入力出力を使用します。 誘惑に別の名前があります-レールOPAmpを超えて。

レールツーレール構造はどのように作られていますか？ OPA内部

ほとんどのオペアンプ内のnチャネルペアは、最小値をわずかに上回る値から最大電力をわずかに上回る値の範囲（常にではない）で動作し、pチャネルペアは最大値のすぐ下から最小値をわずかに下回る範囲で動作します。 その結果、現在それらを組み合わせると、オペアンプの電源バス全体の入力だけでなく、マイクロ回路パッドの保護リミッターが動作する前に、両方向の制限を約0.2-0.5V超えて完全にオーバーラップします。
猛攻撃からnチャンネル入力アンプを見つけることはできませんでした。 さらにいくつかの作業を行った彼らは、素早い検査中に大まかなAD826およびLM360 / 361を開けることができました。 一般的に、失望した。 そして、これは、いつものように、私たち自身の何かの創造につながります（目標2を参照）。
しかし、すぐにそのあのオペラに出会いました。 しかし、私たちは変態マニアであり、これは私たちにとって十分ではありません。 スキャンされたレールツーレールアンプの多くには多くの欠陥がありました。 データシートの公式チャートを見ても、すべてがさらに悪化します。 多くの場合、大きな信号で、 耳を横たえ 、電源シェルフを出た後、いわゆるリカバリーでクリックで前面を包みます。 この白濁は非常に多くの高価なオペラにも見られますが、私は線形で正しいものが欲しいです。 また、一部の人にとっては、長方形のエッジでさえ破線で送信されます。 これはまったくダメです。
また、負荷容量と入力電流/ドリフトがすべてが快適というわけではありません。 真のレールツーレール構造はまれです。 ADのほとんどすべての高価なオペラは好まれていませんでした。1つがあり、もう1つがあり、価格が高かったのです。
RRIO OPAのどれが、広く高品質のアプリケーションに耐えられるパラメーターを持つかを選択する必要がありました。 奇妙なことに、通常のものはほとんどありませんでした。 そして、それらは排他的にデータシートによって選択され、さらに多くの不具合があります。 実際の仕事は言うまでもなく、すべての事件は完全に現れています。

目標の概要1 。 日常のニーズに対応する既製のRRIOオペアンプの選択。

以下に、高品質のオペアンプのリストを示しますが、私たちの意見では、レイルトゥレイルのアプリケーションに注目する価値のあるコメントであり、それらをプッシュする過程で補足されます。

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目標の序文2。

美しさはチップを節約します

膨大なデータシートの山を分析するとき、彼らは興味深い点に気付きました-オペアンプの回路図構造がより対称的でより美しいほど、そのパラメータはより正確で、予測可能で、同様に美しいです。 また、電源、制限、負荷の異なるエッジのパラメーターは対称的で美しく、グラフと動作で理解できます。
例えば、それを見ると


すぐに頭に何が表示されますか？ そうです、私の目は彼を見ていませんでした。 これはよく知られているオペラの1つです。
そして、それはすでに見栄えが良く、パラメーターはかなり良いです。 これはAD8614_8644です。

目標2。2番目のブロック 。 適切なオプションで夢のオペアンプを作成してください。

そして、手がかゆい場合はどうなりますか？
そう！

レールツーレールIOアンプの設計。

抵抗することはできず、夢のようなオペアンプを作ることにしました。レールツーレールだけでなく、完全差動レールレール入出力入出力を備えた完全差動レールツーレールオペアンプ、すべてのチップ設計ルールに従った幅広いアプリケーションを備えた高品質オペアンプ。

完全差動アンプ。 完全差動OPA

このようなアンプは、出力の1つが接続されていない通常のシングル出力OPA（OA）としても、通常の差動としても使用できます。 アナログ技術のほぼすべての現代の経路に対応するアンプ。 ADCとDACは言うまでもなく、ほとんどすべてが完全な差分を持っているのは言うまでもなく、従来の信号処理でも完全差動構造がますます必要になっています。 構造。 このタイプの信号伝送は、バスノイズを部分的に除去し、電流伝送と電流フローを最適化します。 最終的に、USB、SATA、PCIE、および私が見たすべてのRAM、およびコンピューターとサーバーの高速バスは、差分構造を持っています。 まあ、または二相、音と光の仲間はいません。 差動改善は、アナログおよびデジタルのすべての電気システムに適用されます。 実際、電流と電圧は別として、そこには何もありません。

次に、電子ポルノだけを取り上げます。

ばらばらに置く。 プロップ

優れたデジタル技術の場合と同様に、高品質のクロック（一時）サポートが非常に重要であるため、ここではアナログ技術では、 さまざまな影響から浮かない安定した電流や電圧のソースを持つことが重要です。 少なくとも一つ。 これで別のことができます。
最初に、彼は安定した電圧の安定した温度補償ソースを作成しました-使用中のBandGap、いわゆるレンジギャップのある電圧ソース、つまり、1つの水泳の特定の温度セクションで補償する電圧コペックを備えた1V安定器。
複雑なことは何もありません。既知のソリューションからやり直して、ニーズに合わせて仕上げてください。 スキームは共有インターネット上にあります。
アンプ全体は、現在のマルチトランスレーターとミラーを介して電力を供給されます。 その安定性とノイズが動作を決定し、ほとんどの場合、アンプ全体の温度安定性を決定します。
当然、このバージョンのBandGapは広い温度と変動範囲にわたって調査され、良好な安定性を示しました。 本当に彼に頼ることができます。

結果はそのようなスキームです。 彼らが言うように、顔はひどいですが、内部は親切です。 しかし、単純化することは困難です。


アンプとBandGapエレメント（点線で強調表示）の再生と栄養のための多数の現在のトランスレーターが含まれています。

在庫の現在の乗数とリピーター。

たぶん、以下の記事で、これらのアンプで何がどのように機能するか、そしてどの要素が必要なのかを説明します。

完全差動レールツーレールアンプの入力

次に、ノイズとレールツーレール入力を最小限に抑え、完全に対称な構造で、入力完全差動段の構造を計算しました。
ノイズを最小限に抑えるために、大きなトランジスタと大きなチャネル長が使用されました。 電界効果トランジスタの大きなチャネル長は、そのゲイン（正確さの勾配）を減少させますが、トランジスタの長さに沿った電位勾配を減少させ、ポップコーンのような汚れノイズの可能性を減少させ、トランジスタの動作を単純化します。


これは、カメラのマトリックスに似ています。3Mpixなどのトリミングされたマトリックスの解像度が小さい大きなピクセルは、7-14 Mpixカメラの小さなノイズ粒子よりも優れた画質を提供します。 マトリックスサイズが小さく、その中にワイルドな解像度で多くのノイズを発生させないものを見たことはありません。
そして、トップ教授の大きなピクセルで。 実際にはそうではありませんが、画像はピクセルごとの詳細を取得します。 あなたは現代のマルチメガピクセル石鹸について言うことはできません。 最終的な写真がまだぼやけている場合、14Mpix fotikが必要な理由はまだわかりません。 正しいのは画像解像度のサイズ（これは単に増加できる量です）ではなく、ピクセル自体のサイズ、そのサイズであるという結論に達します。 そして、最新のカメラのピクセルは本質的にトランジスター、より正確にはフォトトランジスターですが、本質は変わりません。 さらに進みましょう。

2段目アンプ、csda / vcdaタイプの回路図。 平衡電流プリアンプ

それから彼は、電流のバランスと端末の完全差動カスケードを使用して、端末前カスケードの構造を把握し、実現しました。 単一の周波数帯域は、50メガヘルツの領域で判明し、さらに、大きな180nmのトランジスタでも容易に実現しました。 この帯域と位相マージンの安定性のために、トポロジは保護デカップリングリング、シールド、および内部ポケットを提供します。


その過程で、折り返しカスコードとちょうど良いカスコード電流源の作り方、それらの安定性、高品質のミラーとマルチチャンネルの正しい安定した電流コンバーター（カスコード、ソースの抵抗）の作り方を学ぶ必要がありました。

出力段DIY RRIOアンプ。 週末のカスケード

ターミナルに関しては、ここにはあまり空想はありませんでした。スイッチドキャパシタソリューション、 クラスI 、電圧ブーストE、その他の最新の改良点はありませんでした。 テリークラスABのみ。 電源に関しては、このアンプは3.3ボルトのLVライブラリーで作成されたため、3.0-3.6Vです。 手元には他に何もありませんでした。 したがって、世界には140VのLTC6090があり、場合によってはもっと高電圧のものもあります。 許容電圧は、デバイスが作成されるライブラリのみの問題です。 十分な弾力性がなければ、電圧の追加または変換を常に攪拌することができます。
ボディキットと必要な庭のないアンプコアの完全な図を以下に示します。

テスト中

テストは拷問台で行われましたが、倫理上の理由からここでは示されていません。 一般的に、これは悪夢の中でもしか想像できない理想的なソース/負荷/影響のさまざまなセットです。 彼はすべてに耐えたが、彼は超小型回路で作られ、彼のパラメーターを確認した。
技術的なばらつきと確率的なばらつきに対する耐性について、多数のパラメーターに従ってレイアウトをチェックしました。 これは怠yourselfではなく、怠forではありません。あなた自身のために、そして愛をもってそれをするときです。
各ブロックは、より高いレベルのブロックに挿入する前に、システムで個別にテストされました。

建設の自然な原則

その瞬間まで、レイアウトは意図的に外部ソースを使用して目的の入力モードに引き上げられました。 すべてが最も重要な原則に従ってセットアップされました-一般的なフィードバックなしで最も必要な読み取り値を取得します。つまり、 最初はできるだけ線形に構造を取得し、その後 、研究および最終測定のために外部フィードバックを導入します 。 ここで議論する人はいないと思います。これはすべての線形電子回路とアナログ回路の仮定です。
その前に、彼は建設の主要な原則に従うようになるまで、そのようなツビルザを書きました。 正確さ、美しさ、簡潔さが私たちの親友です。 そして、それが明らかになるので、すべてがうまく機能します。 すべてのステップを確認できるため、システムの信頼性が向上し、明確で理解しやすくなります。

コモンモード電圧フィードバック-RRIO FD OPAmp用CMFB

そして最後に、彼はCMFBの3番目の入力で彼を非難しました。 それから、Vousはガウジをするべきでした。
知らない人は誰でも、cmfbはコモンモードフィードバックであり、CMの3番目の入力に与えられたサポートに対してオペアンプのすべての出力を設定します。 これは、アンプの中点に対するこのような負帰還です。 さもなければ、彼はどのようにしてアンプの出力でスイングを与えるラインを知るのでしょうか？
これはバイパスエアコンを備えた非常に3番目の入力であり、原則として、アンプへのパスのすべてのデバイスの共通ライン、後、および自分に必要です。 このようなもの

共通ポイントのレベル（つまり、仮想グラウンド、ミッドポイント、コモンモード）は通常、電源シェルフの半分ですが、異なる場合があります。 そして、電位だけでなく、電流、それが私たちにもたらす違い、電圧、これは抵抗器の電流の結果、電流の結果である可能性があり、いつでもいつでも電圧を取得します。
これがこのアンプの連続時間電圧CMFBシステムです。

2つの出力に接続し、出力段に接続された並列増幅器の2つの入力という形で、性感点の評判に影響します。 おなじみのシャントレギュレータTL432シリーズのようなもの。

CMFBは、基本的にアンプ内のアンプであり、アンプにグローバルな安定性を提供するためにメイン回路よりも高速でなければならない2番目の回路です。 ところで、私がここで書いているすべてのこと、何年も前のこと、私はすべてを一緒にしたかったので、覚えておいてください。 必要なもののいくつかのこのような明示的なレビュー。

何を得たの？ そして、あなたは何を得ることができますか？

目標2の概要
このライブラリで得られたパラメーターは超大型ではありませんが、安定していて、私が欲しかったものとほぼ同じであり、さらに高電力/高電流用にいつでも乗算できます。 はい、忘れてしまいましたが、このオペラは、外部ではなく、マイクロチップで装飾するために計画されました。 外装については、他のものは別に作られています。 以下に簡単に説明します。

結果のOPAの簡単なパラメーター。
機能OPA：
完全差動オペアンプ
供給電圧範囲：3 V ... 3.6 V
ユニティゲイン帯域幅：54 MHz
スルーレート：129 V / us
出力電流：最大1 mAシンク/ソース@各チャンネル
DC電圧オフセット：最大1.2 mV
供給電流：0.87 mA
オープンループゲイン：74 dB
このウィスカは超小型回路内で動作するのに十分であり、彼はこのために生まれました。 500オームの領域の出力インピーダンスは、隣接するマイクロ回路を気にしません。 非常に熱心なドライバーには、低インピーダンスのドライバーがあります。
インサーキット電子製品を作るのは簡単であることが判明しました。実際、私はすでに自分自身を驚かせていました。
ナノ電流1.8および3.3ボルトデバイス、およびスイッチングキャップシステム、トラックホールド、ADC、scコンパレーター、遅延、eq、線形位相フィルター、PGA、DAC、チャージポンプ、vco-pll、ミキサー、rf pa、制限アンプ、マルチフェーズpwmおよびゴミの束。 原則として、すべてがシンプルであることが判明しました。

IC PADの駆動

信号を放り出し、PADマイクロ回路の脚と外部負荷の容量をポンピングするために、このアンプの洗練されたバージョンと、それに基づく特別なアナログバッファが発明されました。

ここが賢明です、子供たちを怖がらせます。


これらの緩衝液はすべて非常に美しくはありません、それらは秋の前でさえ作られました、そして明らかに紛らわしいです。 帯域幅は400 MHz程度であり、容量性負荷に対して安定した動作をします。
一般的に、アナログ技術は描かれているほど怖くない。

必要に応じて、完成した残りのデバイスのPDFを添付します。

PS。 ご清聴ありがとうございました。

アプリケーション：自家製のシンプルなオペアンプ
diybass.com/wp-content/uploads/2013/FD-RRIO-OPA.pdf