中心議題：

• 什麼是輸入的共模區間
• 超出共模區間的影響
• 不同運放的VICMR變化
• 違反VICMR的例子
• 解決VICMR問題

為自己的電路挑選運放要通過一個選擇過程，其中要考慮到最關鍵的應用參數。審查的參數可能包括：電源電壓、增益帶寬積、轉換速率


，以及輸入噪聲電壓。另外還必須考慮輸入共模區間，這對所有運放電路都是一個關鍵參數。

終zhong生sheng與yu運yun放fang打da交jiao道dao的de工gong程cheng師shi們men很hen可ke能neng都dou遇yu到dao過guo這zhe類lei情qing況kuang

，運yun放fang出chu現xian了le未wei曾zeng預yu料liao的de性xing能neng。運yun放fang的de好hao處chu是shi它ta們men的de輸shu出chu通tong常chang會hui說shuo明ming真zhen相xiang。很hen多duo情qing況kuang下xia

，如ru果guo有you什shen麼me異yi常chang，都dou會hui明ming顯xian地di體ti現xian在zai其qi輸shu出chu端duan。輸shu出chu級ji的de極ji限xian可ke能neng造zao成cheng不bu良liang的de輸shu出chu波bo形xing。也ye許xu輸shu出chu端duan的de過guo多duo電dian容rong會hui造zao成cheng振zhen蕩dang
，或huo者zhe輸shu出chu級ji的de電dian壓ya擺bai幅fu小xiao於yu電dian源yuan電dian壓ya軌gui，因yin此ci在zai達da到dao滿man軌gui電dian壓ya以yi前qian就jiu出chu現xian削xue峰feng。

yunfangdeshuchuduanyehuichuxianyushuchujihaowuguanxideqiguaixianxiang。buliangdeshuchuxinhaokenenglaiziyuqijianshuruduandemouxieyichang。yunfangzuichangjiandewentizhiyishichaochuleqijiandeshurugongmoqujian。buguo，daodishenmeshishurudegongmoqujian，chaochuzheyiqujiandeyingxiangshishenme？

輸入共模電壓VICM是一位工程師在考慮運放輸入時的首要規格之一，但它可能帶來一些混淆。VICM描述了一個電壓電平
，它是反相和非反相輸入端的平均電壓(圖1)。通常用下式表示：

認識VICM還有一種方式，即它是非反相和反相輸入端VIN+與VIN-的公共的電壓電平。在大多數應用中
，VIN+非常接近於VIN-，因為閉環負反饋會使一個輸入端密切跟蹤另一個輸入端，使VIN+與VIN-之間的壓差接近於零。很多共模電路都是這種情況，包括電壓跟隨器，以及反相和非反相配置。這些情況下
，通常會假設VIN+=VIN-=VICM，因為這些電壓幾乎是相同的。

描述運放輸入的另一個參數項是輸入共模區間VICMR，或更準確地說，是輸入共模電壓區間。這個參數在數據表中很常見，它是電路設計者最應關注的參數。VICMR定義了運放能正常工作的一個共模輸入電壓區間
，並描述了輸入電壓與兩個電壓軌靠近的程度。

對VICMR的另一種認識方式是，它描述了由最小值VICMR、VICMRMIN和最大值VICMR
、VICMRMAX所確定的一個區間，如下式所示：
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其中，VICMRMIN是相對VCC-電壓軌的極限值，VICMRMAX是相對於VCC+電壓軌的極限值(圖2)。

當運放超出VICMR時
，器件就可能不能做正常的線性運行。因此，必須了解輸入信號的整個範圍區間，確保運放不超出VICMR。

另一個混淆點是：VICM與VICMR是非標準的縮寫，各家IC供應商的數據表中經常使用不同的術語
，如VCM、VIC和VCMR。因此，必須清楚自己正在查看的規格，它不是一個特定的輸入電壓
，而是一個輸入電壓的範圍。

不同運放的VICMR變化

運放的設計規格與所使用的工藝技術決定了器件的輸入級。例如，一隻CMOS運放的輸入級不同於雙極運放的輸入級
，也不同於JFET運放。了解這些運放間存在的差異非常重要。

表1是德州儀器公司幾款運放及其VICMR。最大電源區間欄中描述了雙電源和單電源的極限。表中可以明顯看到
，不同運放的輸入區間VICMR各不相同。根據器件的類型，VICMR可能進入或超出電源軌。因此，永遠不能假定某個運放可以接受某個輸入信號區間，除非驗證了數據表中的規格。

有(you)一(yi)個(ge)寬(kuan)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)的(de)特(te)例(li)值(zhi)得(de)一(yi)提(ti)，這(zhe)就(jiu)是(shi)軌(gui)至(zhi)軌(gui)輸(shu)入(ru)運(yun)放(fang)。盡(jin)管(guan)這(zhe)個(ge)名(ming)稱(cheng)暗(an)示(shi)該(gai)運(yun)放(fang)的(de)輸(shu)入(ru)可(ke)以(yi)跨(kua)越(yue)整(zheng)個(ge)電(dian)源(yuan)軌(gui)的(de)區(qu)間(jian)
，但(dan)並(bing)非(fei)像(xiang)人(ren)們(men)可(ke)能(neng)假(jia)設(she)的(de)那(na)樣(yang)
，所(suo)有(you)軌(gui)至(zhi)軌(gui)輸(shu)入(ru)器(qi)件(jian)都(dou)可(ke)以(yi)覆(fu)蓋(gai)整(zheng)個(ge)電(dian)源(yuan)範(fan)圍(wei)。很(hen)多(duo)軌(gui)至(zhi)軌(gui)輸(shu)入(ru)的(de)運(yun)放(fang)(如TI的OPA333)確實能跨越整個電源區間，而其它一些則達不到標準
，說明有誤導性。同樣，關鍵在於查看數據表指定的輸入區間規格。

違反VICMR的例子

違反VICMR的情況一般出現在使用3.3V、5V或其它低電壓應用的單電源運放中。在這些應用中，輸入信號區間一般都是狹窄的，必須知道輸入信號和VICMR，才能確保運放的正常運行。一隻違反了VICMR的(de)運(yun)放(fang)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)未(wei)預(yu)料(liao)的(de)輸(shu)出(chu)性(xing)能(neng)
，如(ru)信(xin)號(hao)在(zai)低(di)於(yu)預(yu)期(qi)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)處(chu)削(xue)峰(feng)，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)電(dian)壓(ya)漂(piao)移(yi)，相(xiang)位(wei)反(fan)轉(zhuan)，或(huo)輸(shu)出(chu)過(guo)早(zao)地(di)到(dao)達(da)某(mou)個(ge)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)軌(gui)。

為更好地理解違反VICMR的效果
，下麵給出一些實例。用兩隻具有不同VICMR規gui格ge的de運yun放fang可ke演yan示shi這zhe些xie效xiao果guo。這zhe些xie器qi件jian都dou有you軌gui至zhi軌gui的de輸shu出chu，排pai除chu了le輸shu出chu級ji造zao成cheng的de限xian製zhi。一yi個ge單dan電dian源yuan的de電dian壓ya跟gen隨sui器qi電dian路lu用yong於yu兩liang隻zhi器qi件jian的de評ping估gu(圖3)。所有測試均在一個實驗台上完成，室溫約為25°C。

第一個例子使用了一隻VCC為10V的TLC2272運放。數據表顯示，它在25°C和5V電源電壓下的典型VICMR區間為-0.3V~+4.2V。注意輸入極限接近於正電源軌，比VCC低0.8V。得到的近VCC輸入極限大約為9.2V。

測試電路時
，在其輸入端加一個直流偏移為VCC電壓一半(或5V)的300Hz正弦波。調 節交流幅度，直到看到VOUT有一個變化。當施加10V峰峰值輸入時
，VOUT顯示一個接近正電源軌的削峰信號
，而不是接近負電源軌。這個接近正電源軌的不良性能就是預計輸入超過9.2V時的結果。對於0~9.2V之間的VIN，VOUT顯示和預期一樣的正確波形(圖4)。
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第二個例子使用一隻TL971軌至軌輸出的電壓跟隨器電路，但結果卻不同。此時，運放采用一個單5V電源。從數據表規格可知，有保證的VICMR區間跨越了1.15V~ 3.85V範圍，或中心在VCC/2的大約2.7V峰峰值。輸入端加的是一個直流偏移為2.5V的1kHz正弦波。將VIN的幅度從200mV峰峰值調向更高電平
，直到看到VOUT的變化。

VIN中心在2.5V時，VIN增加到2.7V峰峰值，VOUT都有預期的線性特性。當VIN增加到約3.5V峰峰值時
，中心在2.5V，VOUT繼續跟隨VIN
，表現出正確的運放特性。注意這個線性特性好於數據表對VICMR的限製，但仍然超出了保證的極限值。當VIN增加到略高於3.52V峰峰值時
，VOUT開始在接近正電源5V軌和負電源0V軌時表現出非線性特性(圖5)。VIN進一步增加到4.2V峰峰值，明顯超出了VICMR。當輸入峰值超過了近正電源軌的極限時，VOUT的信號輸出超出電源軌，跳到正電源軌5V以上，並停留在這裏
，直到VIN回到可接受範圍內(圖6)。當輸入跌到接近負電源軌的極限以下時，VOUT的信號表現出一個相位反轉，跳至中軌2.5V，並以一個偏移跟隨VIN，直到VIN增加到VICMR內的一個可接受電壓值。

這些例子表明
，不同的非線性特性可以源於不同類型超出VICMR的運放。雖然第二種情況中產生了相位反轉
，但注意這個相位反轉並不出現在所有違反VICMR的運放中，它與運放有關。

這些例子用一個交流信號，評估運放電路的VICMR。另一種有用的測試是給圖3zhongdedianlushuruduanjiayigezhiliudianyayuan。danggaibianzhiliushurushi
，shuchudianpinghuiyiyizhongleisidefangshibianhua
，erbushizongzaigaibian。genjudianludeleixing
，zaiyunfangdezaoqipingguzhong
，keyicaiyongjiaoliufenxihuozhiliufenxi
，yekeliangzhejianyong。
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解決VICMR問題

如果在設計過程的晚期才發現運放無法滿足VICMR要yao求qiu，該gai怎zen麼me辦ban？也ye許xu該gai器qi件jian的de其qi它ta參can數shu非fei常chang適shi合he於yu你ni的de應ying用yong
，難nan以yi改gai換huan器qi件jian。這zhe時shi可ke能neng要yao考kao慮lv下xia列lie一yi個ge或huo多duo個ge選xuan項xiang。首shou先xian
，如ru果guo輸shu入ru波bo幅fu過guo大da，則ze要yao用yong一yi個ge電dian阻zu分fen壓ya器qi，將jiang信xin號hao保bao持chi在zai正zheng確que的deVICMR區間內。其次
，如果輸入信號的偏移有問題，則嚐試使用一個輸入偏置或直流偏移電路

，使輸入信號置於運放VICMR區間規格內。第三，可以嚐試換用一種能滿足所有其它要求的軌至軌輸入運放。

在zai選xuan擇ze一yi款kuan運yun放fang時shi，記ji住zhu輸shu入ru共gong模mo電dian壓ya區qu間jian是shi最zui需xu懂dong得de的de重zhong要yao規gui格ge。如ru果guo器qi件jian的de輸shu入ru無wu法fa接jie受shou輸shu入ru信xin號hao的de電dian平ping或huo範fan圍wei，則ze輸shu出chu端duan就jiu會hui遇yu到dao麻ma煩fan。先xian處chu理li好hao這zhe個ge重zhong要yao細xi節jie，則ze以yi後hou當dang電dian路lu正zheng確que工gong作zuo時shi
，你ni就jiu會hui讚zan賞shang自zi己ji的de選xuan擇ze。