大家好，今天小编来为大家解答RAIL-TO-RAIL-railtorail 运放这个问题，很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！
来解读一下运放芯片规格书中的一些关键参数
- 压摆率SR: Slew rate
在讲这个参数之前先看一个很厉害的变换-傅里叶变换
抛开许多复杂的概念，傅里叶变换变换的核心就是能将满足一定条件的某个信号函数表示成三角函数或者是它们的积分的线性组合，也就是几乎所有的连续函数都可以表示为若干不同周期，不同振幅的正弦函数之和。
联系到运放的压摆率，在我们的电路中由于寄生电感的存在几乎都是连续信号，所以所有的电信号都会变化率这种概念，压摆率表示的就是运放输入一个阶跃信号时输出信号的最大变化速度;体现的是输出信号能否跟得上输入信号的变化，如1us内输出信号电压幅值的变化。它的表达式为
SR=2π*F*Vp（F：输出信号的频率，Vp为输出信号的峰值）
这是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数，当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时，输出电压才按线性规律变化。
- 增益带宽积（GBP）
在某频率下测量的开环电压增益与测量频率的乘积，GBP=FH*AM；其中频率为FH运放增益衰减为-3dB时带宽，AM表示增益的幅值，FT时为单位增益带宽，这个概念也只有电压反馈型运放才有，电流反馈型则不存在。
-3db频率点与示波器的带宽概念差不多，对于一个输入信号，频率逐渐增大到某一个值比如Fh,这时输出信号的幅值会衰减到初始信号幅值的0.707倍，信号功率会衰减到一半以下。（对于一个放大电路而言，能够放大输入信号是有一定频率范围的，当频率达到某一频率时，输出信号就会出现衰减，一般我们应用运放除了跟随器与比较器，都是搭建反馈电路，工作在深度负反馈的状态下，所以工作频率与开环的带宽是有区别的）
- 供电电源轨（PRO）
运放供电电压，决定运放处理信号的范围。而轨到轨指的是，运放输入输出范围，可以摆到电源轨，即在给定电源电压和负载情况下，输出能够达到的最大电压范围。当运放的输出范围已经接近于电源电压范围时，就自称“输出轨至轨”，表示为 Rail-to-rail output，或 RRO。当选用非轨到轨运放，有可能出现输出信号被削顶的现象。
如下图为某款运放内部电路，输出是三极管组成推挽结构的，而三极管存在一个饱和压降0.3V~1V，所以即使运放的输出电流再小也是存在压降的。随着负载的加重，输出最大值与电源电压的差异会越大。
还有一个概念就是输入轨之轨，当我们设计的电路信号幅度接近于电源，就要选用一款输入轨之轨的运放来保证输入信号能被检测到。
- 共模抑制比（CMRR）
差模电压增益与共模电压增益的比值，用 dB 表示。CMRR = 20 lg （Ad/Ac）范围：一般运放都有 60dB 以上的 CMRR，高级的可达 140dB 以上。运算放大器在单端信号输入使用时，不存在这个概念。只有把运放接成类似于减法器形式，使得运放电路具备两个可变的输入端时，此指标才会发挥作用。（越大的CMRR，对抑制开关噪声（共模干扰），越有效果）
- 开环差模增益（Aod）
定义为当运放工作于线性区时，运放输出电压与差模电压输入电压的比值，Aod=ΔUo/Δ(Up-Un)。单位用 dB 表示，一般运放差模开环直流电压增益很大，通常在 60dB~160dB 之间，越大说明其放大能力越强。
由分贝的概念；如100dB=20*lg(Avd）,可求出Avd=10^5倍，那么放大倍数就是十万倍（当输入的信号差被放大了十万倍，输出已经远大于电源电压，这时是满偏的状态。而每个芯片的生产过程中，参数会有所差异，并且通常情况下开环状态下的运放增益会远大于实际的需求，所以应用电路中都是外接反馈电阻来限制放大倍数，使得实际的放大倍数接近需求值）
而在实际使用中除了比较器我们几乎用不到开环的运放电路，那么由包含有限增益误差的闭环增益公式推导得出；当开环放大倍数Avol越大，其实际闭环增益Gcl与我们期望的理论值偏差就越小；
Gcl:闭环增益
β：反馈环路的衰减系数-放大电路中反馈电阻的比值
Avol:开环放大倍数 ,Aod=20*lg(Avol）
- 输入失调电压（Vos）
为了使输出电压为零，在输入端施加的差分电压，也可以叫补偿电压。理想运放电路中，输入信号与输出信号是同步的，然而实际应用中没有输入信号的时候也会有一个比较小的输出信号，这样我们就会对电路调零，设置一个输入信号，使得输出信号为零或者为一个静态工作点，这时候输入的信号就是输入失调电压。
例如一个最大输入失调电压为100mV的运放，当输入10mV的信号，由于失调电压的存在，就会产生10%的误差，对精度要求很高的设计就需要有较低的失调电压。输入失调电流同理概念同理。
- 输入偏置电流
对于理想运放而言，有个特点就是输入阻抗无穷大，通常几十MΩ。输出阻抗趋近于零；对于一个放大电路而言输入阻抗当然是越大越好，这样从前一级电路索取的功率就越小，而输出阻抗越小越好，这样信号就能完整传递到下一级电路。
而实际的情况下，如下图OP07运放的内部结构所示，由于输入端都是三极管基极，由三极管的特性，输入端无论如何都会有微小的电流流入才能工作，即使是用场效应管，栅极也是需要输入偏置电流的。
总结：对于以上的几个运放关键参数的解读的一个小结就是
- 轨到轨特性很重要。
- GBW越大，理论增益和实际增益差距越小。
- 对于精确度较高的应用，选取失调电压小的运放。
- 输入偏置电流一般无法准确补偿。而越大的CMRR，对抑制共模干扰越有效果。
在实际的应用中还要着重区分应用电路信号的类型来重点看待参数，当然具体参数还要看具体电路的应用。我还收集一些常用运放的汇总，想了一下感觉篇幅过长，其次也没有必要，这种经验性的总结，还是自己慢慢积累才能深有体会。
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如何学习模拟IC设计
（注：本文整理自EETOP论坛，帖子比较早，但感觉依然没有过时，论坛帖子由网友Areky整理而来。网址：http://bbs.eetop.cn/thread-184554-1-1.html）
众所周知，模拟电路难学，以最普遍的晶体管来说，我们分析它的时候必须首先分析直流偏置，其次在分析交流输出电压。可以说，确定工作点就是一项相当麻烦的工作（实际中来说），晶体管的参数多、参数的离散性也较大。但值得我们注意的是，模拟电路构建了电子行业的基础，至今为止，电子技术已经发展到如此高的水平。但如果我们观察各种电子电路的发展，我们会发现：几乎所有的电子技术都离不开放大技术。即使是数字芯片内部，其基本单元都是互补型源极接地放大电路。模拟电子技术的重要性时不我待。
模拟电路再怎么说，关键的是多学多做，做出片子就自然懂得哪些知识点需要掌握了。这里就主要谈谈学习模拟电路要求的四个知识部分，要成为模拟电路的设计者，我们必须掌握其最基本的以下四个组成部分：
（1）晶体管元件的设计
它是指半导体工程学方面的知识，任何设计的IC芯片都将最终回归于它，一般都是从薛定谔波动方程式开始引出的（比较复杂），但与实际具体设计电路直接联系不大，而我们又不能缺少这部分，是理论基础。
（2）晶体管电路的设计
要从事模拟电路设计事实上必须掌握晶体管电路的基本知识，推荐一边学习一边实验、仿真，PSPICE之类的都可以，通一个就行，同时要注意多想多动手。时间长了自然能掌握晶体管电路的设计技术，这里面的学习，我们就开始掌握经验。晶体管、FET是构建整个电路的基础，这里学通了，诸多IC的原理图就很直观了。
（3）功能模块的设计
功能模块主要以各种各样的运放为基础，包括AD、 DA、PLL、稳压源等等，它们都主要是由晶体管构成的，功能模块设计工程中都会将元器件适当的理想化。这部分的学习是十分重要的。一般都是从这里开始学习模拟电路，这部分相对来说比较易懂，也是模拟电路学习的切入点。
（4）系统设计
这部分就需要相当的高度，需要虑方方面面。
其实，说实在的，真正做过一两块片子就差不多能通大半部分。 关键是试验、动手。
模拟电路的境界
复旦攻读微电子专业模拟芯片设计方向研究生开始到现在五年工作经验，已经整整八年了，其间聆听过很多国内外专家的指点。最近，应朋友之邀，写一点心得体会和大家共享。
我记得本科刚毕业时，由于本人打算研究传感器的，后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生。现在想来这个实验室名字大有深意，只是当时惘然。
电路和系统，看上去是两个概念， 两个层次。 我同学有读电子学与信息系统方向研究生的，那时候知道他们是“系统”的，而我们呢，是做模拟“电路”设计的，自然要偏向电路。而模拟芯片设计初学者对奇思淫巧的电路总是很崇拜，尤其是这个领域的最权威的杂志JSSC（IEEE Journal of solid state circuits）， 以前非常喜欢看，当时立志看完近二十年的文章，打通奇经八脉，总是憧憬啥时候咱也灌水一篇， 那时候国内在此杂志发的文章凤毛麟角， 就是在国外读博士，能够在上面发一篇也属优秀了。
读研时，我导师是郑增钰教授，李联老师当时已经退休，逸夫楼邀请李老师每个礼拜过来指导。郑老师治学严谨，女中豪杰。李老师在模拟电路方面属于国内先驱人物，现在在很多公司被聘请为专家或顾问。 李老师在87年写的一本(运算放大器设计);即使现在看来也是经典之作。李老师和郑老师是同班同学，所以很要好，我自然相对于我同学能够幸运地得到李老师的指点。
李老师和郑老师给我的培养方案是：先从运算放大器学起。所以我记得我刚开始从小电流源开始设计。那时候感觉设计就是靠仿真调整参数。但是我却永远记住了李老师语重心长的话：运放是基础，运放设计弄好了，其他的也就容易了。当时不大理解，我同学的课题都是AD/DA，锁相环等“高端”的东东，而李老师和郑老师却要我做“原始”的模块，我仅有的在(固体电子学) （国内的垃圾杂志）发过的一篇论文就是轨到轨(rail-to-rail)放大器。 做的过程中很郁闷，非常羡慕我同学的项目，但是感觉李老师和郑老师讲的总有他们道理，所以我就专门看JSSC运放方面的文章，基本上近20多年的全看了。
当时以为很懂这个了，后来工作后才发现其实还没懂。 所谓懂，是要真正融会贯通，否则塞在脑袋里的知识再多，也是死的。但是运算放大器是模拟电路的基石，只有根基扎实方能枝繁叶茂，两位老师的良苦用心工作以后才明白。总的来说，在复旦，我感触最深的就是郑老师的严谨治学之风和李老师的这句话。
硕士毕业，去找工作，当时有几个offer。 我师兄孙立平， 李老师的关门弟子，推荐我去新涛科技，他说里面有个常仲元，鲁汶大学博士，很厉害。我听从师兄建议就去了。新涛当时已经被IDT以8500万美金收购了，成为国内第一家成功的芯片公司。面试我的是公司创始人之一的总经理Howard. C. Yang（杨崇和）。 Howard是Oregon State University 的博士，锁相环专家。面试时他当时要我画了一个两级放大器带Miller补偿的， 我很熟练。他说你面有个零点，我很奇怪，从没听过，云里雾里，后来才知道这个是Howard在国际上首先提出来的， 等效模型中有个电阻，他自己命名为杨氏电阻。 当时出于礼貌，不断点头。不过他们还是很满意，反正就这样进去了。我呢，面试的惟一的遗憾是没见到常仲元，大概他出差了。
进入新涛后，下了决心准备术业有专攻。因为本科和研究生时喜欢物理，数学和哲学，花了些精力在这些上面。工作后就得真刀的干了。每天上班仿真之余和下班后，就狂看英文原版书。第一本就是现在流行的Razavi的那本书。读了三遍。感觉大有收获。那时候在新涛，初生牛犊不怕虎，应该来说，我还是做得很出色的，因此得到常总的赏识，被他评价为公司内最有potential的人。偶尔常总会过来指点一把，别人很羡慕。其实我就记住了常总有次聊天时给我讲的心得， 他大意是说做模拟电路设计有三个境界：第一是会手算，意思是说pensile-to-paper， 电路其实应该手算的，仿真只是证明手算的结果。第二是，算后要思考，把电路变成一个直观的东西。 第三就是创造电路。
我大体上按照这三部曲进行的。Razavi的那本书后面的习题我仔细算了。公司的项目中，我也力图首先以手算为主， 放大器的那些参数，都是首先计算再和仿真结果对比。久而久之，我手计算的能力大大提高，一些小信号分析计算，感觉非常顺手。这里讲一个小插曲，有一次在一个项目中，一个保护回路AC仿真总不稳定，调来调去，总不行，这儿加电容，那儿加电阻，试了几下都不行，就找常总了。因为这个回路很大，所以感觉是瞎子摸象。常总一过来三下五除二就摆平了， 他仔细看了，然后就导出一个公式，找出了主极点和带宽表达式。通过这件事，我对常总佩服得五体投地， 同时也知道直观的威力。所以后来看书时，都会仔细推导书中的公式，然后再直观思考信号流， 不直观不罢手。一年多下来， 对放大器终于能够透彻理解了，感觉学通了， 通之后发现一通百通。最后总结：放大器有两个难点，一个是频率响应，一个是反馈。
其实所谓电路直观，就是用从反馈的角度来思考电路。每次分析了一些书上或者JSSC上的“怪异”电路后，都会感叹：反馈呀，反馈！然后把分析的心得写在paper上面。
学通一个领域后再学其他相关领域会有某种“加速”作用。 常总的方式是每次做一个新项目时，让下面人先研究研究。我在离开新涛前，做了一个锁相环。 我以前没做过，然后就把我同学的硕士论文，以及书和很多paper弄来研究，研究了一个半月，常总过来问我：锁相环的3dB带宽弄懂了吧？ 我笑答：早就弄懂了。
我强大的运放的频率响应知识用在锁相环上，小菜了。我这时已经去研究高深的相位噪声和jitter了。之后不久，一份30多页的英文研究报告发出来，常总大加赞赏！。 后来在COMMIT时，有个项目是修改一个RF Transceiver芯片， 使之从WCDMA到TD-SCDMA。里面有个基带模拟滤波器。我以前从没接触过滤波器，就花了两个月时间，看了三本英文原版书，第一本有900多页，和N多paper， 一下子对整个滤波器领域，开关电容的，GmC的，Active RC的都懂了。提出修改方案时， 由于我运放根基扎实，看文章时对于滤波器信号流很容易懂，所以很短时间就能一个人提出芯片电路原理分析和修改方案。最后报告写出来（也是我的又一个得意之作），送给TI. TI那边对这边一下子肃然起敬，Conference call时， 他们首先说这份报告是“Great job!”，我英文没听懂，Julian对我夸大拇指，说“他们对你评价很高呢”。后来去Dallas， TI那边对我们很尊敬， 我做报告时，很多人来听。总之，现在知道，凡事情，基础很重要，基础扎实学其他的很容易切入， 并且越学越快。
我是02年11月去的COMMIT，当时面试我的也是我现在公司老板Julian。 Julian问我：你觉得SOC (system on chip)设计的环节在哪儿？ 我说：应该是模拟电路吧，这个比较难一些。Julian说错了，是系统。我当时很不以为然， 觉得模拟电路工程师应该花精力在分析和设计电路上。 Julian后来自己run了现在这公司On-Bright，把我也带来， 同时也从TI拉了两个，有一个是方博士。我呢，给Julian推荐了朱博士。这一两年，我和朱博士对方博士佩服得五体投地。方博士是TI***里面的顶级高手， 做产品能力超强。On-Bright现在做电源芯片，我和朱博士做了近两年，知道了系统的重要性。
芯片设计最终一定要走向系统， 这个是芯片设计的第四重境界。电路如同砖瓦，系统如同大厦。芯片设计工程师一定要从系统角度考虑问题，否则就是只见树木，不见森林。电源芯片中，放大器，比较器都是最最普通的， 其难点在于对系统的透彻理解。在On-Bright，我真正见识了做产品，从定义到设计，再到debug， 芯片测试和系统测试，最后到RTP (release to production)。 Julian把TI的先进产品开发流程和项目管理方式引入On-Bright，我和朱博士算是大开眼界，也知道了做产品的艰辛。
产品和学术是两片天地，学术可以天马行空，做出一个样品就OK了。产品开发是一个系统工程，牵涉到方方面面的工作。
模拟电路设计经验总结
模拟电路的设计是工程师们最头疼、但也是最致命的设计部分,尽管目前数字电路、大规模集成电路的发展非常迅猛,但是模拟电路的设计仍是不可避免的,有时也是数字电路无法取代的,例如 RF射频电路的设计!这里将模拟电路设计中应该注意的问题总结如下,有些纯属经验之谈,还望大家多多补充、多多批评指正!…
(1)为了获得具有良好稳定性的反馈电路,通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲.
(2)积分反馈电路通常需要一个小电阻(约 560 欧)与每个大于 10pF 的积分电容串联.
(3)在反馈环外不要使用主动电路进行滤波或控制 EMC 的 RF 带宽,而只能使用被动元件(最好为 RC 电路).仅仅在运放的开环增益比闭环增益大的频率下,积分反馈方法才有效.在更高的频率下,积分电路不能控制频率响应.
(4)为了获得一个稳定的线性电路,所有连接必须使用被动滤波器或其他抑制方法(如光电隔离)进行保护.
(5)使用 EMC 滤波器,并且与 IC 相关的滤波器都应该和本地的 0V 参考平面连接.(6)在外部电缆的连接处应该放置输入输出滤波器,任何在没有屏蔽系统内部的导线连接处都需要滤波,因为存在天线效应.另外,在具有数字信号处理或开关模式的变换器的屏蔽系统内部的导线连接处也需要滤波.
(7)在模拟 IC 的电源和地参考引脚需要高质量的 RF 去耦,这一点与数字 IC 一样.但是模拟 IC 通常需要低频的电源去耦,因为模拟元件的电源噪声抑制比(PSRR)在高于 1KHz 后增加很少.在每个运放、比较器和数据转换器的模拟电源走线上都应该使用 RC或LC 滤波.电源滤波器的拐角频率应该对器件的 PSRR拐角频率和斜率进行补偿,从而在整个工作频率范围内获得所期望的 PSRR .
(8)对于高速模拟信号,根据其连接长度和通信的最高频率,传输线技术是必需的.即使是低频信号,使用传输线技术也可以改善其抗干扰性,但是没有正确匹配的传输线将会产生天线效应.
(9)避免使用高阻抗的输入或输出,它们对于电场是非常敏感的.
(10)由于大部分的辐射是由共模电压和电流产生的,并且因为大部分环境的电磁干扰都是共模问题产生的,因此在模拟电路中使用平衡的发送和接收(差分模式)技术将具有很好的 EMC 效果,而且可以减少串扰.平衡电路(差分电路)驱动不会使用 0V 参考系统作为返回电流回路,因此可以避免大的电流环路,从而减少 RF 辐射.
(11)比较器必须具有滞后(正反馈),以防止因为噪声和干扰而产生的错误的输出变换,也可以防止在断路点产生振荡.不要使用比需要速度更快的比较器(将 dV/dt保持在满足要求的范围内,尽可能低).
好了，文章到这里就结束啦，如果本次分享的RAIL-TO-RAIL-railtorail 运放和问题对您有所帮助，还望关注下本站哦！
用户评论
滴在键盘上的泪
我一直对Rail-to-Rail运放感兴趣！之前做了个音频放大项目，就用了这种类型的芯片，效果相当不错，动态范围大，输入输出电压也很广，很適合处理一些信号变换。你们用它做了些什么有趣的事吗？分享一下你们的经验吧！
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蹂躏少女
我一直以为Rail-to-Rail运放这种技术太高端了，现在看来还是可以用得着，尤其是在功耗敏感的场合吧。文章说得很详细，受益匪浅！
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清羽墨安
这篇文章分析的很透彻，读完我对Rail-to-Rail运放有了更深入的了解。我之前一直用普通运放设计电路，看来以后可以考虑尝试这种新技术了，毕竟在一些高精度场合，它可比普通运放强。
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苏樱凉
对于像我这样刚接触电子设计的同学来说，这篇文章简直是福音！讲解很详细，关键点也标注出来了，让我对Rail-to-Rail运放的特性和应用场景有了更加清晰的认识。
有6位网友表示赞同！
有恃无恐
我觉得这篇文章内容丰富，比较专业，但针对初学者的解释略显欠缺。可以多添加一些入门级的例子，帮助新手更快了解这个概念。
有20位网友表示赞同！
你瞒我瞒
写的很详细，不过感觉图片不太适合这种技术讲解，能不能换成更加直观的电路图或者动画演示呢？
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仰望幸福
Rail-to-Rail运放确实比较先进的技术，但实际应用中成本可能会更高一些。对于一般的爱好者来说，可能还是普通运放更合适吧。
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她的风骚姿势我学不来
我觉得文章分析比较片面，没有提到Rail-to-Rail运放在不同电路场景下优缺点对比，比如与普通的运算放大器的区别在哪儿？
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凝残月
我之前做过一些数字信号处理项目，用到了低功耗的 Rail-to-Rail 运放芯片，效果非常好！文章的分析和应用案例都很有价值。
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巷口酒肆
感觉这篇文章内容有点枯燥，能不能结合一些实际项目的案例，让读者的更加容易理解？
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灬一抹丶苍白
我对电路设计不太了解，不过通过这篇文章我终于明白Rail-to-Rail运放是什么意思了！感谢作者的讲解。
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风中摇曳着长发
感觉这篇文章更适合有一定电子学基础的人阅读。对于入门级读者来说，可能需要其他辅助资料才能更好地理解。
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反正是我
文章分析很精彩，让我对Rail-to-Rail运放有了更深刻的认识！我接下来在学习电路设计的时候一定会重点关注这种技术。
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来自火星球的我
我很喜欢作者将 Rail-to-Rail 运放在电路中应用的案例进行详细说明，这帮助我更容易理解它的优势和局限性。
有11位网友表示赞同！
绳情
这篇文章对我来说简直就是一本宝典！之前在学习电子设计的时候曾遇到过一些关于 Rail-to-Rail运放的问题，现在终于找到了答案！
有18位网友表示赞同！
凉月流沐@
文章的内容很详细，涵盖了Rail-to-Rail运放的原理、特性以及应用场景等等，非常全面的介绍。
有12位网友表示赞同！
枫无痕
我觉得这篇文章可以再丰富一些，例如加入更多不同类型的 Rail-to-Rail运放芯片的对比分析。
有18位网友表示赞同！
别在我面前犯贱
虽然文章整体内容清晰，但对一些专业术语的解释不够详细，建议添加一些图片或者图表以辅助理解。
有10位网友表示赞同！