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物聯網生態發展論壇（6月28日 北京）
來源：EETOP 行者無疆（論壇usrname:ICNO.1） 的博客
地址：http://www.eetop.cn/blog/?xhsir520
作為硬體開發者經常要進行器件選型，因此需要研究元器件的應用文檔，之前我也寫過一篇如何閱讀英文文檔的分享文章。那麼，從一篇datasheet中我們到底能學到什麼東西呢，而不僅僅是應用電路圖！以一篇運放的說明書為例：
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這是datasheet的首頁簡介，主要信息：
1、20fA的偏置電流，超低的偏置電流是該晶片的重要特點，偏置電流是指運放輸入端的漏電流，對MOS管來說，理想的柵極輸入漏電流應該為0，另外漏電流的參數對溫度變化較為敏感，高溫會導致漏電流急劇增大。
2、低失調電壓，這個參數對應偏置電流，表示在無輸入情況下的輸出情況，反應的是運放輸入端的適配性，主要因素是輸入對管的器件匹配性。
3、噪聲、帶寬特性後續介紹。
4、單雙電源工作。
5、工作溫度-40到125，大多數晶片的工作範圍，因為一般PN結的結溫在170左右。
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接著是詳細的表格信息
1、 偏置電流小於20fA，由測試條件可知該值和溫度以及溼度相關。
2、 失調電流概念類似偏置電流。
3、 失調電壓與共模電壓和溫度變化相關。
4、 共模輸入電壓範圍在4.5V電源情況下為0-3V，即輸入電壓範圍。
5、 CMRR共模電壓抑制比，表示共模輸入電壓的變化對輸出信號的影響，越小越好。
6、 信號增益，輸出範圍最大為4.3V，增益可到10的6次方。
7、 輸入阻容特性，意味著輸入埠的隔離特性以及對輸入信號的響應特性。
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1、 輸出電壓範圍，即擺幅。
2、 輸出電流的特性，運放輸出電流一般小於10mA，內部會有短路保護機制限流。
3、 輸出阻抗，運放的輸出阻抗越小越好。
4、 PSRR電源電壓抑制比是指電源電壓的變化對輸出信號的影響，越小越好，意味著我們對供電電源的選擇要穩定。
5、 靜態功耗1mA左右。
6、 SR是擺率，反映的是運放的響應特性，在特定測試條件下，該值為1.4V/uS。
7、 單位增益帶寬是指運放的頻響特性，2MHz，-3db帶寬為6MHz。
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1、 相位裕量，反映的是運放反饋的穩定性，在單位增益下，運放的極點距離180度為62度，一般設計中需要保證相位裕量大於45度。
2、 EMIRR輸入EMI抑制比，這個參數很多運放是沒有的，表示不同頻率的EMI幹擾對於運放輸出信號的影響。
3、 噪聲特性，運放的噪聲特性比較複雜，這裡只是指運放本身的噪聲參數，單位nV/√Hz是表示噪聲頻譜密度。指單位帶寬內的噪聲值，因為噪聲是一個和頻率相關的參數，運放的頻譜特性自然也是和頻率相關的。如上圖10Hz帶寬的測試條件下，噪聲密度為80nV/√Hz，計算結果為80*√10=252nV，f=10KHz時為1400nV，低頻時噪聲密度小。
4、 電流噪聲密度類似。
5、 總諧波失真度是對於交流信號而言，輸出對於輸入會有失真度，尤其在音頻信號處理中，該參數為重要關注點。
6、 保護環的參數後續介紹，這一點為該運放設計的特點。
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這個指運放的極限參數值，決定了晶片工作的極限。
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圖示的信息是表格信息的可視化顯示，可以清楚看出測試參數的影響。
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接下來的理論介紹詳細講了該運放設計的特點，是本篇datasheet的精華所在。這種超低偏置電流的設計主要為了一些微弱電流測量的場合，如靜電測量等。這種情況下一般運放輸入端直接連接傳感器，無法添加防護器件，因為相關器件會帶來漏電流的巨大幹擾，但無ESD保護導致應用過程中容易出現晶片損壞。
輸入的ESD保護結構如圖，D1-D6，該結構限制了輸入差分電壓不能超過700mV，因為二極體的限制，即最大輸入電流不能超過10mA。
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運放驅動容性負載的限制，最大250pF，如果超過需要外部補償。
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保護環原理介紹：如下圖簡化的模型，A和B為傳感器的輸出和地電位點，RSHUNT1和RSHUTN2為節點之間的集總參數模型。如果A節點和Vgrd的電位相同，則不會有漏電流通過RSHUNT。
在無保護的情況下，輸入到地之間會有漏電流誤差，加保護之後，絕緣電阻之間最多100uV，對於10TΩ的絕緣電阻，漏電流誤差可以控制在0.01fA。
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溼度對於漏電流的巨大影響。
溼度波動對漏電流的影響。
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運放的電流噪聲
尤其是反饋電阻的噪聲可以看出影響很大，對於10G歐姆的反饋電阻，如果頻率在10Hz，電流噪聲達到40uV。
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這是保護環結構的布線建議，利用內部設計的驅動保護器來保證高阻抗隔離。
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針對微弱信號的檢測，datasheet最後提到幾種幹擾源。
1、 輸入接線，因為大部分都是通過線纜接到傳感器的，不合適的線纜會帶來很大的耦合影響，這一點在設計中已經得到很多驗證。
2、 屏蔽設計，避免電磁耦合的幹擾，需要設計屏蔽盒，並且接地。
3、 機械振動的影響。會導致位移電流，因此在懸空架線式的設計中需要保證輸入埠的牢固性。
小結：通過這一篇晶片手冊，我們可以知道運放的技術指標等知識點，更重要的是對於該運放針對的極微弱信號檢測的方式和技術有了很多學習，莫淺嘗則止住，學而時習之，深入淺出，善之善者也。
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