1. 从零开始认识LMV358M运放第一次接触LMV358M这款运放时我完全被它的性价比震惊了。作为一款轨到轨输出的低电压运算放大器它能在2.7V到5.5V的单电源下稳定工作特别适合电池供电的便携设备。记得当时为了验证它的性能我特意在面包板上搭了个简单的同相放大器电路用3.3V供电就能输出接近电源电压的摆幅这对需要处理交流信号的单电源系统简直是福音。不过要特别注意市面上流通的LMV358M有不少山寨货。有次我在某宝买了10片实测带宽连500kHz都不到完全达不到标称的1MHz。后来换了正规代理商渠道性能才符合预期。这里分享个鉴别小技巧正品在空载时静态电流约0.5mA而山寨货往往超过1mA。这款运放有两个非常实用的特性一是输入共模范围可以低至负电源轨以下100mV二是输出能摆动到距离电源轨50mV以内。这意味着在单电源3.3V系统中我们可以处理接近0V的输入信号同时输出也能接近0V和3.3V。在实际设计电网检测电路时这个特性让我们省去了负电源生成电路大大简化了设计。2. 加法电路设计的核心要点设计加法电路时最让我头疼的就是电阻匹配问题。最初尝试用10kΩ和20kΩ电阻组合时发现输出总是存在约30mV的偏差。后来才明白普通5%精度的碳膜电阻根本满足不了要求换成1%精度的金属膜电阻后问题立刻解决。具体到我们这个电网检测场景输入信号范围是±1.64V的交流电需要抬升到0-3.3V范围内。通过叠加定理分析电路实际上完成了两个功能一是将输入信号衰减一半VAC×R4/(R1R4)二是叠加1.65V的直流偏置VDC×R1/(R1R4)。最终输出表达式为Vout VAC×(R4/(R1R4)) VDC×(R1/(R1R4))选择R110kΩ、R220kΩ、R320kΩ、R410kΩ的组合时要特别注意电阻的功率等级。在电网检测中虽然信号电流很小但考虑到可能的过压情况建议使用0805封装的1/8W电阻而不是更小的0603封装。我曾经因为用了太小封装的电阻在测试时不小心接入高压导致电阻烧毁整个电路板都得返工。3. 五阶巴特沃斯滤波器的设计奥秘巴特沃斯滤波器的最大魅力在于它的通带平坦度。记得第一次用示波器观察五阶巴特沃斯滤波器的频响特性时在截止频率前的波动几乎可以忽略不计这种平坦度是切比雪夫滤波器无法比拟的。但代价是过渡带相对较缓这就需要我们合理选择截止频率。在设计过程中我总结出一个实用技巧先确定电容值再计算电阻。这是因为市场上标准电容值比电阻值少得多更容易采购。比如我们选择100nF作为C1这个值在X7R材质的陶瓷电容中非常常见温度稳定性也很好。根据公式fc1/(2πRC)计算出理论电阻值后再选择最接近的标准值。这里有个经验当计算值在两个标准值之间时优先选较大的那个这样实际截止频率会偏低留有一定余量。五阶滤波器需要三个二阶节串联实现。第一个二阶节a11, b10实际上是个一阶滤波器可以用单个RC实现。第二和第三节才是真正的二阶滤波器。在布局时一定要把第一节放在最前面这样可以让大信号先经过简单滤波减轻后续二阶节的负担。我曾经反着布局过结果在大信号输入时后面的运放出现了饱和失真。4. Proteus 8.15的仿真实战技巧Proteus 8.15对LMV358M的仿真确实有些特殊要求。最开始我按照常规单电源方式连接仿真总是报错。后来发现需要在Design-Configure Power Rails里额外设置一个负电源网络即使实际电路并不需要负电源供电。这个小坑让我折腾了大半天。在放置元件时建议先设置好电源网络再放运放。具体操作步骤是在终端模式中选择POWER放置电源符号右键选择Edit Properties命名为VSS-5V进入Design-Configure Power Rails添加新网络VSS-5V设置电压值为-5V虽然实际不用这么高将VSS-5V网络分配给运放的负电源引脚仿真运行后如果发现波形异常可以尝试以下排查步骤检查所有元件是否已正确连接确认电源网络配置是否正确查看运放输出是否接近电源轨调整仿真步长建议初始设为1us保存电路图时建议同时保存仿真设置。我有次花了半天调好的仿真参数因为只保存了电路图没保存仿真配置第二天打开又得重新设置。Proteus的仿真结果可以导出为CSV文件方便用Excel进一步分析这个功能在做频响分析时特别有用。
Proteus 8.15实战：基于LMV358M的加法与巴特沃斯滤波电路设计
1. 从零开始认识LMV358M运放第一次接触LMV358M这款运放时我完全被它的性价比震惊了。作为一款轨到轨输出的低电压运算放大器它能在2.7V到5.5V的单电源下稳定工作特别适合电池供电的便携设备。记得当时为了验证它的性能我特意在面包板上搭了个简单的同相放大器电路用3.3V供电就能输出接近电源电压的摆幅这对需要处理交流信号的单电源系统简直是福音。不过要特别注意市面上流通的LMV358M有不少山寨货。有次我在某宝买了10片实测带宽连500kHz都不到完全达不到标称的1MHz。后来换了正规代理商渠道性能才符合预期。这里分享个鉴别小技巧正品在空载时静态电流约0.5mA而山寨货往往超过1mA。这款运放有两个非常实用的特性一是输入共模范围可以低至负电源轨以下100mV二是输出能摆动到距离电源轨50mV以内。这意味着在单电源3.3V系统中我们可以处理接近0V的输入信号同时输出也能接近0V和3.3V。在实际设计电网检测电路时这个特性让我们省去了负电源生成电路大大简化了设计。2. 加法电路设计的核心要点设计加法电路时最让我头疼的就是电阻匹配问题。最初尝试用10kΩ和20kΩ电阻组合时发现输出总是存在约30mV的偏差。后来才明白普通5%精度的碳膜电阻根本满足不了要求换成1%精度的金属膜电阻后问题立刻解决。具体到我们这个电网检测场景输入信号范围是±1.64V的交流电需要抬升到0-3.3V范围内。通过叠加定理分析电路实际上完成了两个功能一是将输入信号衰减一半VAC×R4/(R1R4)二是叠加1.65V的直流偏置VDC×R1/(R1R4)。最终输出表达式为Vout VAC×(R4/(R1R4)) VDC×(R1/(R1R4))选择R110kΩ、R220kΩ、R320kΩ、R410kΩ的组合时要特别注意电阻的功率等级。在电网检测中虽然信号电流很小但考虑到可能的过压情况建议使用0805封装的1/8W电阻而不是更小的0603封装。我曾经因为用了太小封装的电阻在测试时不小心接入高压导致电阻烧毁整个电路板都得返工。3. 五阶巴特沃斯滤波器的设计奥秘巴特沃斯滤波器的最大魅力在于它的通带平坦度。记得第一次用示波器观察五阶巴特沃斯滤波器的频响特性时在截止频率前的波动几乎可以忽略不计这种平坦度是切比雪夫滤波器无法比拟的。但代价是过渡带相对较缓这就需要我们合理选择截止频率。在设计过程中我总结出一个实用技巧先确定电容值再计算电阻。这是因为市场上标准电容值比电阻值少得多更容易采购。比如我们选择100nF作为C1这个值在X7R材质的陶瓷电容中非常常见温度稳定性也很好。根据公式fc1/(2πRC)计算出理论电阻值后再选择最接近的标准值。这里有个经验当计算值在两个标准值之间时优先选较大的那个这样实际截止频率会偏低留有一定余量。五阶滤波器需要三个二阶节串联实现。第一个二阶节a11, b10实际上是个一阶滤波器可以用单个RC实现。第二和第三节才是真正的二阶滤波器。在布局时一定要把第一节放在最前面这样可以让大信号先经过简单滤波减轻后续二阶节的负担。我曾经反着布局过结果在大信号输入时后面的运放出现了饱和失真。4. Proteus 8.15的仿真实战技巧Proteus 8.15对LMV358M的仿真确实有些特殊要求。最开始我按照常规单电源方式连接仿真总是报错。后来发现需要在Design-Configure Power Rails里额外设置一个负电源网络即使实际电路并不需要负电源供电。这个小坑让我折腾了大半天。在放置元件时建议先设置好电源网络再放运放。具体操作步骤是在终端模式中选择POWER放置电源符号右键选择Edit Properties命名为VSS-5V进入Design-Configure Power Rails添加新网络VSS-5V设置电压值为-5V虽然实际不用这么高将VSS-5V网络分配给运放的负电源引脚仿真运行后如果发现波形异常可以尝试以下排查步骤检查所有元件是否已正确连接确认电源网络配置是否正确查看运放输出是否接近电源轨调整仿真步长建议初始设为1us保存电路图时建议同时保存仿真设置。我有次花了半天调好的仿真参数因为只保存了电路图没保存仿真配置第二天打开又得重新设置。Proteus的仿真结果可以导出为CSV文件方便用Excel进一步分析这个功能在做频响分析时特别有用。
