运算放大器：单通道，双通道抑或四通道

的改进，采用激光微调薄膜电阻的单片差动放大器，如AD8271，可以比分立运放和4个0.1%电阻的成本更低，而且具有更好的性能[9]。根据所需的CMRR与频率关系、PCB尺寸、整体精度以及总的供电电流，完整的单片式仪表放大器(如AD8226[10 ])将是最佳选择。

　　电力线监控

　　对于单极点系统，众所周知，当幅度减少3dB时相移是45度。另外一条有用的经验就是，当频率在角频率之上10倍频或角频率之下10倍频时，相位将分别偏离零度或偏离90度的5.71度(如表1)。

　　值得注意的是，即使是在低于角频率100倍的频率处，相移仍大于0.5度，并且幅度比设想的要稍低一些。

　　对于在幅度和相位方面需要特别高精度的系统，比如电力线监控应用，可以使用一个运放部分的交流特性补偿另一个运放部分的相位响应。基本概念如图7所示，普通单极点系统(标示为未补偿) 和图7系统(标示为已补偿)的相位响应如图8所示。图中没有提及什么数学关系，欲想了解更多细节，请阅读参考文献[11-13]。


        糟糕的例子

　　信号链中的四通道运放

　　如果是毫伏数量级的信号源，信号链必须具有低噪声性能才能保持可接受的信噪比(SNR)。增益分配和选择合适的单通道、双通道或四通道运放可以改善性能、降低总体成本。例如，在最大输入信号为50mV、输出10V到2kΩ负载情况下，增益要求达到200。

　　图9中的四个模块可以分别配置为缓冲器、增益为-1的反相累加放大器(用于校准整条信号链失调电压)、增益为1的Sallen-Key滤波器和增益为200的电路级。

　　可以选择一个四通道运放满足全部四个运放的要求。但这是一种糟糕的设计，原因有以下几个方面：(1)为了使第一级电路有低的噪声，必须选择一个低噪声的四通道运放，如AD8674;(2)在输出级和输入级之间的PCB上存在电气耦合，在两个部分之间的硅片上存在热耦合;(3)最后一级要求较大的增益带宽。

　　一种较好的方案(虽然不是唯一的方案!)是将一些增益分配到信号链的前面。不过前面分配过多的增益将导致中间级过载。如果第一级增益为10，那么第二级贡献的噪声(以输入为参考)等于第二级的噪声除以10。随着每一级增益的增加，后一级的要求可以不断降低。购买一个昂贵的低噪声四通道运放实现所有4级模块的成本效益就不如前两级用低噪声双通道运放、后两级用低成本的通用双通道运放。

　　耳机放大器

　　即使可以用硅片构建一个完美的双通道运放，在封装和PCB方面还有许多考虑因素。双通道和四通道运放只有一对电源引脚，而不是两对或四对。邦定线的电阻可能在50~100mΩ之间，因此使用双通道运放的一个部分向低阻抗耳机提供100~200mA电流可能存在问题。典型原理图上的多个接地符号都默认为0V，但实际上并不正确。如果某个接地符号是0V，那么由于IR压降问题，所有其它符号都要比这个符号高或低几个毫伏。1英寸的PCB走线很容易在意想不到的地方产生50mV以上的IR压降。图10显示了理想的立体声耳机放大器原理图，它具有理论上无限的通道间隔离度。

　　图11是实际的耳机放大器电路图，通道间隔离度只有60dB。对这个电路的仿真表明，邦定线和片上金属化层确实会导致一些串扰，但主要串扰源还是1/4英寸的PCB走线，这段走线是左通道负载和右通道信号源的公共接地回路。两个单通道运放具有更好的性能、更低的结点温度、更高的可靠性和PCB版图设计更容易的优势。

　　结语

　　由于装配的自动化和封装尺寸的减小，采用单通道和双通道运放还是四通道运放对总体成本没有影响。通过对PCB版图、性能随温度的变化、通道隔离度、相位匹配和成本的全面考虑，可以获得一种单通道或双通道运放的最佳使用组合选择。