自從進(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)，CMOS 單電源放大器就給全球單電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了極大優(yōu)勢(shì)。影響雙電源放大器總諧波失真 + 噪聲 （THD+N） 特性的主要因素是輸入噪聲與輸出級(jí)交叉失真。單電源放大器的 THD+N 性能也源自放大器的輸入輸出級(jí)。但是，輸入級(jí)對(duì) THD+N 的影響可讓單電源放大器的這一規(guī)范屬性變得復(fù)雜。

 

有幾種單電源放大器拓?fù)淇稍谡麄€(gè)電源中接收輸入信號(hào)。在互補(bǔ)型差分輸入級(jí)拓?fù)渲?，?dāng)放大器輸入接近負(fù)軌時(shí)，PMOS 晶體管導(dǎo)通，NMOS 晶體管關(guān)斷（圖 1）。當(dāng)放大器輸入接近正軌時(shí)，NMOS 晶體管導(dǎo)通，PMOS 晶體管關(guān)斷。

這種設(shè)計(jì)拓?fù)湓谡麄€(gè)共模輸入范圍內(nèi)會(huì)對(duì)放大器失調(diào)電壓產(chǎn)生極大的變化。在接近接地的輸入?yún)^(qū)域，PMOS 晶體管的失調(diào)誤差占主導(dǎo)地位。在接近正電源的區(qū)域，NMOS 晶體管對(duì)成為主導(dǎo)失調(diào)誤差。當(dāng)放大器輸入穿過(guò)這兩個(gè)區(qū)域時(shí)，這兩個(gè)對(duì)都會(huì)導(dǎo)通。結(jié)果就是輸入失調(diào)電壓在兩級(jí)之間變化。當(dāng) PMOS 和 NMOS 晶體管都導(dǎo)通時(shí)，共模電壓區(qū)域大約為 400mV。這種交叉失真現(xiàn)象會(huì)影響放大器的 THD。如果將互補(bǔ)型輸入放大器采用非反相配置進(jìn)行配置，輸入交叉失真就會(huì)影響放大器的 THD+N 性能。例如，在圖 2 中，如果不使用輸入轉(zhuǎn)換，THD+N 為 0.0006%。如果 THD+N 測(cè)試包含放大器的輸入交叉失真，THD+N 為 0.004%。您可通過(guò)使用反相配置來(lái)避免這類放大器的交叉失真。

另一個(gè)產(chǎn)生 THD+N 的主要因素可能是運(yùn)算放大器的輸出級(jí)。單電源放大器的輸出級(jí)通常具有一個(gè) AB 拓?fù)?。隨著輸出信號(hào)從一個(gè)電軌掃過(guò)另一個(gè)電軌，輸出級(jí)也會(huì)出現(xiàn)類似于輸入級(jí)的交叉失真，此時(shí)輸出級(jí)在晶體管間切換。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)輸出級(jí)的較大靜態(tài)電流可降低放大器的 THD。放大器的輸入噪聲是造成 THD+N 的另一個(gè)因素。高輸入噪聲、高閉環(huán)增益或這兩者的存在，都會(huì)提高放大器的整體 THD+N 水平。

 

為了優(yōu)化互補(bǔ)型輸入單電源放大器的 THD+N 性能，可將放大器放在反相增益配置中，并保持低閉環(huán)增益。如果系統(tǒng)需要將放大器配置為非反相緩沖器，那就更適合使用具有單差分輸入級(jí)和充電泵的放大器。