设计目标

设计说明

此设计对两个输入信号 V_i1 和 V_i2 求和（相加），并将其进行反转。输入信号通常来自低阻抗源，因为该电路的输入阻抗由输入电阻器 R₁ 和 R₂ 决定。反相放大器的共模电压等于连接到同相节点的电压，该节点在该设计中接地。

设计说明

1. 在线性运行区域内使用运算放大器。通常在 A_OL 测试条件下指定线性输出摆幅。该电路中的共模电压不随输入电压的变化而变化。
2. 输入阻抗由输入电阻器决定。确保这些值大于阻抗源的输出阻抗。
3. 使用高值电阻器可能会减小电路的相位裕度并在电路中引入额外的噪声。
4. 避免将电容负载直接放置在放大器的输出端，以最大程度地减少稳定性问题。
5. 小信号带宽由噪声增益（或同相增益）和运算放大器增益带宽积 (GBP) 决定。可以通过添加一个与 R₃ 并联的电容器来完成额外的滤波。如果使用了高阻值电阻器，那么添加一个与 R₃ 并联的电容器还将提高电路的稳定性。
6. 大信号性能可能会受到压摆率的限制。因此，应检查数据表中的最大输出摆幅与频率间的关系图，以最大程度地减小转换导致的失真。
7. 有关运算放大器线性运行区域、稳定性、转换导致的失真、电容负载驱动、驱动 ADC 和带宽的更多信息，请参阅设计参考 部分。

设计步骤

下面给出了该电路的传递函数。

1. 为 R₃ 选择一个合理的电阻值。
   
2. 计算 V_i1 所需的增益。对于该设计，输出摆幅的一半可用于每个输入。
   
3. 计算 R₁ 的值。
   
4. 计算 V_i2 所需的增益。对于该设计，输出摆幅的一半可用于每个输入。
   
5. 计算 R₂ 的值。
   
6. 计算小信号电路带宽，以确保它满足 10kHz 要求。确保使用电路的噪声增益 (NG) 或同相增益。在计算噪声增益时，请注意，R₁ 和 R₂ 是并联的。
   
   方程式 1.
   方程式 2.
   • 由于闭环带宽是 102kHz，而设计的目标是 10kHz，因此，满足该要求。
7. 计算最小压摆率，以更大限度地降低转换导致的失真。
   
   方程式 3.
   • SR_OPA170=0.4V/µs，因此它满足该要求。
8. 为了避免稳定性问题，确保器件的增益设置电阻器和输入电容创建的零点大于电路的带宽。
   
   方程式 4.
   方程式 5.
   • C_cm 和 C_diff 分别是共模和差分输入电容。
   • 由于零点频率大于此电路的带宽，因此不满足该要求。

设计仿真

直流仿真结果

该仿真会将 V_i1 从 –2.5V 快速改变至 2.5V，同时 V_i2 则恒定保持在 0V。输出则被反转，范围在 –2.44V 至 2.44V 之间。

该仿真会将 V_i2 从 –250mV 快速改变至 250mV，同时 V_i1 则恒定保持在 0V。输出则被反转，范围在 –2.44V 至 2.44V 之间。

交流仿真结果

该仿真展示了电路的带宽。注意，两个输入的带宽是相同的。这是因为决定带宽的是电路的噪声增益，而不是各个输入的信号增益。这些结果与计算得到的值十分相符。

瞬态仿真结果

该仿真显示了两个输入信号的反转和求和。V_i1 是一个 1kHz 5V_pp 的正弦波，V_i2 则是一个 10kHz 500mV_pp 的正弦波。由于两个输入均被适当放大或衰减，因此输出在规格之内。

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

请参阅电路 SPICE 仿真文件 SBOC494。

有关大量运算放大器主题（包括共模范围、输出摆幅、带宽和如何驱动 ADC）的更多信息，请访问 TI 高精度实验室。

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器