第1部分：毫微功耗运算放大器的直流增益 运算放大器(op amp)的高精度和高速度直接影响着功耗的量级。电流消耗降低则增益带宽减少；相反，偏移电压降低则电流消耗增大。   运算放大器的许多电子特性相互作用，相互影响。由于市场对低功耗应用的需求逐渐增大，如无线感应节点、 物联网 (IoT) 和楼宇自动化，因此为确保同时满足终端设备性能优化及功耗尽可能低，了解各电子特性间的平衡至关重要。此系列博文包含三部分，在第一部分中，我将介绍在毫微功率精密运算放大器中关于直流增益的功率与性能表现的平衡。   直流增益 你也许还记得，在学校中学到的运算放大器的典型反相（如图1）和非反向（如图2）增益配置。   图1：反相运算放大器   图2：非反相运算放大器   根据这些配置可分别得出反相和非反相运算放大器闭环增益等式，等式1和等式2：       等式中A_CL是闭环增益，R_F 是反馈电阻值，而R_2 是从负输入端到信号（反相）或接地（非反相）的电阻值。   这些等式说明直流增益与电阻比有关，与电阻值无关。另外，&ldquo;功率&rdquo;定律和欧姆定律显示了电阻值和消耗功率两者之间的关系（等式3）：     P是电阻消耗的功率，V是电阻的压降，I是流经电阻的电流。   对毫微功耗增益和分压器配置而言，Equation 3显示，流经电阻的电流消耗最小，则消耗功率最小。Equation 4有助于你了解该原理：     R是电阻值。   根据这些等式，可以看出你必须选择既可以提供增益又可以使消耗功率（也称功耗）最小化的大电阻值。如果不能使流经反馈通道的电流最小化，那么使用毫微功耗运算放大器就没有任何优势可言。   一旦选定可以满足增益和功耗需求的电阻值后，你还需要考虑其它影响运算放大器信号调节精度的电子特性。统计非理想运算放大器固有的几个系统性小错误，你将会得出总偏移电压。电子特性&mdash;&mdash;V_OS被定义为运算放大器输入端之间的有限偏移电压，并且描述了特定偏置点的错误。请注意，并未记录所有运算情况下的错误。为此，必须考虑增益误差、偏置电流、电压噪声、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR) 和漂移。本博文无法全面讨论涉及的所有参数，我们将详细讨论一下 V_OS 和漂移，以及这两者对毫微功率应用的影响。   实际上，运算放大器通过输入端展示V_OS，但有时在低频（近似直流）精密信号调节应用中则可能是一个问题。 在电压增益环节，随着信号被调节，偏移电压将上升，产生测量误差。此外，V_OS的大小随着时间和温度（漂移）而变化。因此，低频应用需要相当高分辨率的测量方式，选择一款配备最低漂移的精密 (V_OS &le; 1mV)运算放大器非常重要。   等式5计算了与温度相关的最大V_OS：     我已经介绍了理论部分，如：为低频应用选择可以提高增益比和运算放大器精度的大电阻值，现在我将用两引线电化电池来做出实例解释。两引线电化电池常发出低频的小信号，用在各种便携式感应设备上，如气体检测仪、血糖监测仪等，选择一款低频(<10kHz) 毫微功耗运算放大器。   用氧气传感（见图 3） 作为具体的应用实例，假设感应器的最大输出电压为10mV（通过制造商指定的负载电阻将电流转换成电压R_L) ，则运算放大器的满量程输出电压为1V。通过Equation 2，可以看出 A_CL  的值需要为100，或者R_F是R_2的100倍。分别选择100M&Omega;电阻和1M&Omega;电阻，得出增益值为101，且电阻值足够大到可以限制电流并最小化功耗。    

 图3：氧气传感器   为最小化偏移误差，LPV821零漂移毫微功耗运算放大器是一款理想器件。 使用Equation 5并假设操作温度范围为0&deg;C&mdash;100&deg;C，该器件产生的最大偏移误差为：     另一款理想的器件是LPV811精密毫微功耗运算放大器。从其数据表收集必要数值插入等式5可以得出：       （请注意，LPV811数据表未指明偏移电压偏移的最大上限，因此在此处使用典型值）。   如果使用通用的毫微功耗运算放大器取代，如TLV8541 ，相关值变化会得出：     

 （TLV8541数据表未指明偏移电压偏移的最大上限，因此在此处仍使用典型值）。   如你所见，LPV821运算放大器是这个应用的理想选择。电流消耗为650nA的LPV821可以感应到氧气传感器输出电压低至18&micro;V或更低的变化，并只有2.3mV的最大偏移增益误差。如果需要同时满足极高精密性和毫微功耗，零偏移毫微功耗运算放大器将是你的最佳选择。                                                

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光对我们的日常生活至关重要，无论是在工作、家里还是旅程中。没有光，人们根本无法进行正常的日常活动。所以我们或许不应该对巨大的照明用电量感到意外。据美国能源信息署估计，2016年美国住宅和工业/商用照明耗电量为2790亿千瓦小时。这约占这两个领域能源消耗总量的10％，约为美国能源消耗总量的7％。世界上其他发达国家的此类用电量相对值也与此类似。   应是白炽灯下台的时候 传统的基础照明技术能效非常低，事实上，不起眼的白炽灯泡仅能将不到5％的所用能量转化为可见光。幸而这个百年的核心技术正在逐步被淘汰，尤其是随着发光二极管(LED)技术开始展露头角，该项技术现已能实现超过50%的转换能效。LED产品价格的下降以及促使用户转向更先进技术的激励措施进一步刺激了采用率。有的估计说到2030年，LED的广泛采用可以节省40％的用电量。   除固有的能效提升之外，LED照明还用于智能照明应用，由于既能节省更多能源，又能按特定应用需求定制灵活的解决方案，智能照明应用正迅速受到欢迎。  

智能照明步入光明

 但智能照明有其必然性，它需要相应的&ldquo;智能&rdquo;、高效的基于半导体的驱动器和控制器。在用于办公室、工厂和家庭的10W至100W智能照明应用中，安森美半导体的FL7740（初级端）和FL7760（DC-DC降压）相结合，能支持一个简化的拓扑和物料单。它们可以提供精确的恒压调节，并支持模拟和脉宽调制(PWM)调光。它们能帮助智能照明工程师实现并超越设计目标，达到并超出日益严格的新兴全球标准。   除能够提供LED照明稳定状态下所需的恒压调节之外，FL7740还具有快速响应时间、低功耗（包括在待机模式下，这是智能照明的关键规格）、约0.9的高功率因数、半负载条件下低于10％的总谐波失真(THD)以及通用输入。  

能调暗是件好事 FL7760负责调光功能，并具有业界领先的5至100％宽模拟调光范围；这个范围令模拟调光首次成为照明设计师的一个实用的选择。虽然快速和剧烈开关引起闪烁和可闻噪声的内在问题导致效果不太理想，该器件还是能在整个范围内支持PWM调光。FL7760的一个主要差异化创新在于，它能够在需要低于5％模拟调光下限进行调光时，无缝地结合模拟和PWM调光。   借助半导体技术提供的控制功能，LED智能照明不仅变得切实可行，而且还能更容易实现，令改善工作和生活环境并节省数以百亿千瓦电的潜力相对地可在近期变得可能。                                            

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