GM4500 精密 OP：有源滤波器“圣体”

今天来看老朋友共模的两颗运放（分为上下）：

先速览一下：

GM4xxx 是 op

先看这个 GM4500，大致看了几篇 datasheet，我有点迷惑，这个东西到底算不算精密 OP 呢？友商是放到普通 OP 的，但是标题里面又有精密，看参数也蛮不错的：

那我就暂且认为它属于精密 OP

那我就暂且认为它属于精密 OP

那这颗运放是什么定位

GM4500/GM45002 是精密、低噪声、轨到轨输入输出（RRIO）的 CMOS 电压反馈运放，主打“低噪声 + 低失调 + 高带宽”的组合：典型 2.7 nV/√Hz@10 kHz、最大失调 270 µV（全共模范围）、GBW 28 MHz，供电 2.7–5.5 V 或 ±1.35–±2.75 V，温度覆盖 −40°C~+125°C。

GM4500：单运放（MSOP-8）。

GM45002：双运放（MSOP-8 或 SO-8），引脚为 OUTA/INA、OUTB/INB。

关键直流指标怎么理解（精密测量/ADC 相关）

失调电压 VOS、漂移 ΔVOS/ΔT

在 5V（或 ±2.5V）条件下，表 5 给出：

VOS：典型 86 µV，最大 270 µV（全共模 0~5V）

漂移：典型 0.4 µV/°C，最大 2.3 µV/°C

因为失调会在闭环放大后按噪声增益放大到输出（一般同闭环增益，非反相时为 1+Rf/Rg）。而且这个漂移决定温度变化带来的零点漂：例如温度变化 50°C，按最大漂移 2.3 µV/°C，输入等效零漂可到 115 µV 量级（再乘噪声增益到输出）。

输入偏置电流 IB / IOS（为什么手册还强调“漏电流”）

表 5 给出 IB 典型 5 pA、最大 250 pA（全温） ，这已经非常小；因此实际电路里经常是PCB 漏电流主导，而不是运放本身。

手册明确提醒：比如板上等效 100 GΩ 的泄漏，在 1 V 电位差下就有 10 pA，已经能与器件偏置电流同量级，必须用保护环（guard ring）、清洁、低吸收材料等手段控制。

如果做高阻源/电荷/微弱电流测量，这段“漏电流”比很多电气参数更关键。（但是做微弱积分，这个 OP 参数又不够豪华）

CMRR / PSRR / 开环增益

CMRR：典型 107 dB（5V 条件）

PSRR：典型 108 dB（2.7~5.5V）

开环增益：典型 101 dB

这些指标决定共模变化、电源纹波、输出负载变化是否会“渗透”进你测量值/ADC 输入。

关键交流指标怎么理解（低噪声与高速并存的代价）

噪声密度 en：2.7 nV/√Hz@10 kHz（怎么换算到带宽噪声）

表 5：en=4 nV/√Hz@1 kHz，2.7 nV/√Hz@10 kHz

工程上常用的第一步估算是“白噪声积分”：

若把它当作 2.7 nV/√Hz 的白噪声，用到 1 MHz 带宽，则（再按闭环噪声增益放大到输出）；这对于“ADC 缓冲器/有源滤波器前级”很直观。

THD+N（音频/低失真缓冲场景）

在 G=1、RL=1 kΩ、1 kHz、2 Vpp 下，THD+N 典型 0.0007% ，手册也提示 THD 与共模电压、配置、布局有关。

带宽、压摆率、建立时间（高速信号链是否“跟得上”）

表 5（5V/±2.5V）：

GBW 28 MHz

SR 11 V/µs

0.1% 建立时间 500 ns（0→2V step，G=1）

相位裕量 69°（CL=0pF）

这组数说明它不仅适合低噪声精密，也能做一定的高速缓冲/滤波（但稳定性设计会更敏感，见第 5 节）。

注意：同一颗器件在不同供电条件下“像两颗不同的运放”

手册给了第二套条件（VS=2.7V 或 ±1.35V）对应表 6，很多参数明显变差：

本来就算低压运放了，还放电压下去，用不起不用

本来就算低压运放了，还放电压下去，用不起不用

GBW 变成 10 MHz

相位裕量只有 40°（CL=0pF）

en@1 kHz 变成 6 nV/√Hz，但 @10 kHz 仍标 2.7 nV/√Hz

低频噪声给了 0.1–10 Hz：2 µVpp

VOS 典型 200 µV、最大 450 µV

如果追求“28 MHz + 高相位裕量”那一档性能，就应尽量在 5V/±2.5V附近工作；在 2.7V 单电源下要更谨慎对待闭环稳定性与容性负载（因为相位裕量先天更小）。

输入过压与电容性负载稳定性

输入过压保护：能扛但不建议长期这么用

器件允许输入超过电源，但手册明确：不建议超过电源轨 ±0.3 V；若必须更高，需要串联电阻限流，输入电流 < 5 mA。 这对外部传感器插拔、ESD、或前级滤波网络导致的瞬态都很关键：使用的时候要把“异常时的输入电流”算清楚，而不仅是正常工作点。

输入电容/寄生电容会在噪声增益里造“断点”，引起峰化甚至振荡

手册讲得很直接源电容、管脚杂散电容、运放输入电容都会改变噪声增益曲线，通常需要在反馈电阻并联电容做补偿，否则会出现峰化/振荡。；并且对 >200 pF 的电容性负载，需要“额外输入阻抗”帮助稳定。

驱动电容性负载：500 pF 不振荡 ≠ 不振铃

虽然可不振荡地驱动到 500 pF，但当输入频率高于 100 kHz 时会出现大量振铃，尤其在单位增益（最坏情况）下。 手册给的“实用办法”是：在负载端并联一个 RC 吸收器（snubber），可显著减少过冲和振铃，但不能恢复容负载导致的带宽损失。

算算噪声

对于我来说，用的时候也没有特别的讲究，但是会看噪音和带宽。而且由于手册给了两套典型条件（5V/±2.5V 与 2.7V/±1.35V），我会分开说——这点非常关键，因为带宽与稳定裕量差异很大。

噪声情况评估

宽带噪声密度（白噪声区）

VS=5V 或 ±2.5V： = 4 nV/√Hz @ 1 kHz；2.7 nV/√Hz @ 10 kHz

VS=2.7V 或 ±1.35V： = 6 nV/√Hz @ 1 kHz；2.7 nV/√Hz @ 10 kHz

这说明它在 中高频段（~10 kHz 以上）噪声做到很低（2.7 nV/√Hz 级），但在 1 kHz 附近（含更低频），低电压供电时噪声密度会偏大一些（6 nV/√Hz vs 4 nV/√Hz）。

如果做“低频精密测量/低频噪声仪”，更该关注 1 kHz 和 0.1–10 Hz；做“高速 ADC 缓冲/宽带放大”，更看 10 kHz~MHz 的白噪声区。

低频噪声（0.1–10 Hz）

手册只在低电压表格里明确给出：

0.1–10 Hz：2 µVpp（输入等效）

2 µVpp（0.1–10 Hz）属于“精密但不是超低漂/超低 1/f 的极限等级”。如果你要做 µVpp 级别以下的低频噪声测量（比如参考源/慢速噪声分析仪前端），你可能需要更强的低频策略（斩波/自稳零/JFET+大电阻网络等），否则低频区会成为噪声预算的主导项。

把噪声密度换成“带宽内 RMS 噪声”

对“白噪声主导”的频段，常用：

以 2.7 nV/√Hz 粗估（更偏向 10 kHz 以上的宽带）：

BW = 100 kHz：

BW = 1 MHz：

这还是输入等效；输出噪声再乘以噪声增益（非反相≈闭环增益；反相则≈1+Rf/Rg）。

真实结果会受 1/f、闭环带宽、以及前级/电阻热噪声影响；但这对“量级”判断很实用；因为没有仿真数据，手算变得很珍贵。

可用带宽评估（GBW、闭环带宽、压摆率、建立时间）

小信号带宽（由 GBW 决定）

VS=5V 或 ±2.5V：GBW = 28 MHz

VS=2.7V 或 ±1.35V：GBW = 10 MHz

对电压反馈运放，粗略闭环 −3 dB 带宽：

其中 是噪声增益（非反相约等于闭环增益；反相为 1+Rf/Rg）。

举例（假设噪声增益=闭环增益）：

5V 供电，G=1：约 28 MHz

5V 供电，G=10：约 2.8 MHz

2.7V 供电，G=1：约 10 MHz

2.7V 供电，G=10：约 1 MHz

大信号可用带宽（由压摆率 SR 限制）

当幅度不小，带宽往往不是 GBW 限，而是 SR 限：

手册给：

5V：SR = 11 V/µs

2.7V：SR = 4.5 V/µs

举两个典型幅度直观感受（输出正弦）：

Vpk = 1 V

5V：

2.7V：

Vpk = 0.1 V（200 mVpp）

5V：约 17.5 MHz

2.7V：约 7.2 MHz

要做 MHz 级大幅度输出，主要看 SR；那做 小幅度高速（比如 ADC 缓冲小信号），更接近 GBW 限制。

“可用带宽”还受稳定裕量影响（尤其 2.7V 很敏感）

相位裕量：

5V：69°（CL=0pF）

2.7V：40°（CL=0pF）

40° 意味着：在 2.7V 下，如果再遇到 容性负载、较高噪声增益断点、ADC 动态输入电容，很容易从“可用带宽”变成“带宽还在但有峰化/振铃/噪声增大”。

因此在 2.7V 下我会更保守地定义“可用带宽”：

G=1、轻容负载（几十 pF 内）、布局良好：可用到“数 MHz~接近 10 MHz”

如果存在明显容负载/ADC 采样电容（等效上百 pF 甚至更糟）通常需要串阻/RC 隔离后，实际“平坦可用”的带宽会显著低于 GBW 推算值

建立时间（对 SAR ADC 驱动尤其重要）

5V：0.1% 建立时间 500 ns（0→2V step，G=1）

2.7V：0.1% 建立时间 1 µs（同条件）

这说明 5V 条件下用于“快速阶跃/采样保持充电”的能力更强；2.7V 下更容易在“高采样率 SAR 驱动”场景里出现 settling 不足（表现为 THD/SFDR 下降或码型相关误差）。

要“低噪声 + 高带宽”同时成立**：尽量用 **5V/±2.5V 条件（28 MHz、11 V/µs、69° PM），它的“可用带宽”更接近规格表推算值。 ；如果只能 2.7V 供电：噪声在 1 kHz 附近更差、GBW 降到 10 MHz、PM 仅 40°，实际“平坦可用带宽”更依赖你的负载与补偿手段，尤其是 ADC 输入电容与走线寄生。

后记

我觉得这 OP 参数没啥大问题，就是做首级不太行；但是这个带宽做个有源滤波器那可太香了。