车载音频运放MC33078的基本参数的介绍

运算放大器在汽车电子设计中有着广泛的应用，其基本的功能有两个：信号调理与驱动。对于车载的音频放大器来说，也同样适用。本文着重从音频运放MC33078的一些基本参数讲起，重点介绍在设计中需要注意的一些参数，以满足系统和功能的一些运用。最后对常用的音频放大器做了重点参数的对比，来加深一下对于这些参数的理解。

打开MC33078数据手册的第一页，就能看到其主要特性的总结：

● 低电压噪声：4.5nV/√Hz（1）

● 高增益带宽积：15MHz（2）

● 高压摆率：7V/μs（3）

● 低失真：0.002%（4）

● 大输出电压摆幅：+14.3V/-14.6V（5）

● ESD保护：2kV（6）

● 本规格书中包含了宏模型（7）

低电压噪声：4.5nV/√Hz（1）

为什么把等效噪声电压放在了第一位（1）呢？这其实是有原因的，在音频威廉希尔官方网站 的设计中，本底噪声（Noise Floor）的大小决定了放大器的信号噪声比（SNR）。信号噪声比越高，对于弱信号放大的能力越强。我们知道，噪声有5个主要的来源（见图1），这里不详细展开介绍，笔者以后会有一篇文章来详细介绍如何在设计中处理这些噪声问题。等效噪声电压参数Vn反映了在特定频率下，放大器内部噪声电压反馈到输入端的值，用nV/√Hz来表示。数据手册给出的值是在f=1kHz，信号源阻抗100Ω下的值。从这个单位可以看出来，这个值和频率有关，同时也会随着频率而变化（见图2）。这也就可以理解为什么在放大器的输入端，需要用（有源/无源）滤波器来把需要放大的信号截止在一定的频带范围以内，以减少带外的噪声。同样，为了降低输入电阻的热噪声电压对本底噪声的影响，也需要合理地选择输入电阻的大小。

图1：运算放大器噪声的主要来源。

图2：等效噪声电压参数随着频率而变化（蓝线为输入等效噪声电压）。

高增益带宽积：15MHz（2）

顾名思义，增益带宽积（GBW）是放大器带宽和带宽的增益的乘积，是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。对于MC33078来说，由于音频的带宽是20Hz~20kHz，所以说它可以实现的增益是750，也就是差不多约58dB的放大倍数。这个放大倍数已经可以满足绝大多数音频威廉希尔官方网站 对于前级放大的设计要求了。

高压摆率：7V/μs（3）

放大器的转换速率即转换速率，是一个很重要的参数，在音频威廉希尔官方网站 里可以这样理解，对于最高频率20kHz的正弦波音频来说，1μs的时间处理500V的电压值都不会有失真。在实际的应用中，一般不会出现500V的音频输入电压值，因此7 V/μs的这个数值已经是可以接受的参数了，不算最好（相对于高速音频运放的转换速率参数，AD797A 20V/μs，见图5），但可以满足作为音频的威廉希尔官方网站 设计指标。

低失真：0.002%（4）

总谐波失真参数（THD）定义为基本信号谐波的均方根电压与输出处总均方根电压之比。THD用dBc或%表示，在这是用%来表示。对于音频级的输入威廉希尔官方网站 或者输出威廉希尔官方网站 的运放来说，这个数值是可以接受的。因为对于整个音频的THD达到0.01%可以认为是高保真的指标，0.002%比0.01%小了一个数量级的水平。

大输出电压摆幅：+14.3V/-14.6V（5）

从电压输出摆幅这个参数可以看出来，对于采用正负电源供电（±15V）的MC33078来说，它不是轨对轨的放大器，在正端会损失掉大约一个PN结的正向压降。

ESD保护：2kV（6）

这个值对于运放的选型意义不是很大。当然这个值越大越好，那说明它抗ESD的能力强，不容易损坏。因为它的前级基本上是已经有了输入威廉希尔官方网站 ，还有ESD的保护，所以可确保ESD不会对运放产生损害。

本规格书中包含了宏模型（7）

这个信息告诉我们它有器件的仿真模型。例如Pspice的模型，在Cadence中可以找到这个器件（见图3），点右键Edit Pspice Model可以打开（见图4）。在Pspice的模型编辑器中修改想要改动的参数，可以看到不同的仿真效果。

图3：Cadence中的器件MC33078。

图4：MC33078的Pspice模型。

以上只是用MC33078的一些参数做了一个例子。图5给出了一些常见运放的参数对比表，可以体会一下不同参数之间的差异对设计带来的影响。选择一个合适的放大器既是一门技术，也是一门艺术，需要全面均衡地考虑性能、可靠性、可替换性以及成本等很多综合的因素。做硬件设计的挑战也在于此，需要在数以万计的器件中找到一颗最合适的“宝贝”，然后享受这背后带来的乐趣。

图5：常见运放的参数对比表。

作者简介：

高杨

近20年在汽车电子TOP10公司经验，特别是在车载控制器领域（多媒体、车身、驾驶辅助及VCU）。曾任职博世汽车专家级工程师，超过10年在汽车零部件（博世和大陆汽车），5+年汽车半导体（德州仪器和英飞凌），历任多种资深（系统、设计、产品）工程师职务。丰富的平台开发（从0到1）及产品开发的工程经验和技术积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程师，定义和开发了德州仪器（TI）第一款智能高边驱动器（TPS1H100-Q1），填补了公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件，可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中，满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。硬件设计流程管理的模板（45+篇），硬件设计评审和检查清单模板（50+篇）。 企业内训师认证（TTT） ，超过2500页汽车电子设计培训内容PPT，满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训要求，目前在4家企业内部实施过培训，收到了很好的反馈。 目前获得13件汽车电子专利（截止2019年12月）。《EDN电子技术设计》汽车电子专栏作者

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