运算放大器的关键指标：干扰抑制和失真

本期，我们接着介绍运放的关键指标，主要分为输入输出电压范围、共模抑制比、电源电压抑制比和全谐波失真加噪声。

01 输入输出电压范围  

输入电压范围：能保证运放正常工作的允许的最大输入电压范围，也称为共模输入电压范围。

输出电压范围：在特定供电电压和负载的情况下，输出能够达到的最大电压范围。

“轨至轨”概念：rail-to-rail，又分为输入轨至轨（RRI）和输出轨至轨（RRO），表示输入和输出电压范围基本接近运放的供电电压范围，运放的输入输出电压范围和运放电源电压范围的差值又被称为“至轨电压”。 输入轨至轨可以使运放设计具有更大的输入动态范围，电路的适应性较好。输出轨至轨在一些低压低功耗场景中应用较为广泛。

02 共模抑制比CMRR  书本上的定义是差模电压增益（Ad）与共模电压增益（Ac）的比值，简单的理解就是：如果在运放两端加上相同的输入电压Uic，理论上输出为0，但实际上会因为运放的不对称性有一个输出Uoc。我们将Uoc/Ad折算到输入端，再被输入电压Uic相除，就得到共模输入被抑制了多少倍。

共模抑制比在差分应用中才会用到，单端输入场景不考虑。通常运放的CMRR都能在60dB以上，好一点的可以做到120dB以上。但我们需要注意的是，在差动放电电路中，通常影响电路CMRR的并不是运放本身，而是外部电阻的一致性。因此，在高CMRR需求的设计中，选用集成高精度校准电阻的差动放大器是明智的。

03 电源电压抑制比PSRR

当运放的电源有一个频率为f的波动△Vs时，会导致输出有一个相同频率的电压波动△Vo，这就等效于电源稳定的情况下，在输入端加了一个频率f波动幅度为△Vi的信号，因此PSRR的数学公式如下：

对于双电源供电运放，其PSRR一般有正负之分，其值一般也是不一样的，如下图曲线所示。

对于PSRR的理解，其实就是运放抗电源噪声干扰的能力。随着频率的升高，PSRR的整体趋势是大幅下降的，即运放抗电源噪声的能力越差，这就要求我们要格外重视运放电源的噪声抑制，通常采用大小不一的电容并联，来消除不同频率的噪声，比如10uf+0.1uf+0.01uf这种常用组合。

04 全谐波失真加噪声THD+N

THD这个指标在音频领域很常见，主要用于评估输出信号对于输入信号的保真程度。其数学定义如下：输出信号的各谐波分量的平方和开根号与基波分量的比值。（通常考虑到7次谐波以内就可以了）

对于THD+N，则在上述谐波分量的基础上，再加上我们上一期介绍的噪声分量就可以了。 在一些对THD有明确要求的设计场景中（比如音频、AD采集等），我们需要关注运放的THD+N是否满足我们的设计需求。

以上就是本期分享的所有内容啦，放大器很难，但也很有趣，小编在大学期间和放大器打交道比较多，工作之后就很少碰到放大器相关应用了，但一直保留着对放大器的热爱，也希望各位同学能在这里有所学习。欢迎大家持续关注，下一期我们介绍运放关键指标的最后一部分--增益和带宽。

审核编辑：汤梓红