CN116306434B - 一种高精度运算放大器设计方法 - Google Patents

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CN116306434B CN202310553338.9A CN202310553338A CN116306434B CN 116306434 B CN116306434 B CN 116306434B CN 202310553338 A CN202310553338 A CN 202310553338A CN 116306434 B CN116306434 B CN 116306434B
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Abstract

本发明涉及放大器设计技术领域，尤其涉及一种高精度运算放大器设计方法，包括：步骤S1，利用收集模块收集各运算放大器在训练时长中的各温度以及各噪声强度；步骤S2，绘制对应的噪声系数函数；步骤S3，将应用场景以及对应体积与噪声系数进行对照；步骤S4，根据散热表面积目标值生成封装外壳形状并输出；步骤S5，将待设计运算放大器进行封装；本发明利用设定应用场景以及训练时长的方式寻找对应的温度、环境、噪声关系，并根据设置目标噪声的方式，对散热外壳以及灵敏度进行合理调节，在有效降低了噪声产生的同时，提升了运算放大器的性能，从而提升了运算放大器系统的鲁棒性。

Description

一种高精度运算放大器设计方法
技术领域
本发明涉及放大器设计技术领域，尤其涉及一种高精度运算放大器设计方法。
背景技术
随着集成电路的发展，运算放大器作为其中不可或缺但对集成电路整体性能贡献有限的重要组成部分，设计人员将其占据的空间一再缩减，因此导致了高精度运算放大器本身工作环境和工作条件无法满足其应有精度，基于此，针对有限空间中的设计方法是缩减集成电路设计周期的重要工具。
中国专利公开号：CN114528796A公开了一种基于统计采样的晶体管级运放电路设计方法及电子设备，利用对晶体管级电路的结构进行拓扑分析，并循环采样的方式，快速为指定电路结构一次性提供多款尺寸定制方案，解决了手工与优化器设计方法中面临的种种技术困难。中国专利公开号：CN1614880A公开了一种运放设计的电流平衡方法，通过检测输入对管工作状态的控制电路，控制流经这些晶体管的电流，即当控制电路检测到有晶体管输入对管关断时，使输出电压增益不会随输入共模电压的变化而变化。中国专利公开号：CN109408905A公开了一种Alpha导向灰狼算法及其在两级运算放大器设计中的应用，在灰狼算法中引入了Alpha导向机制，给狼群领导集团提供了潜在猎物的方向，进而提高算法的收敛速度，以提升两级无缓冲CMOS运算放大器优化设计的应用中的寻优效果。
由此可见，上述技术方案存在以下问题：
1、对于运算放大器工作环境导致的内部元件的噪声产生无法确定并消除；
2、无法在空间有限的情况下确定较优降噪方案。
发明内容
为此，本发明提供一种高精度运算放大器设计方法，用以克服现有技术中对于运算放大器工作环境导致的内部元件的噪声产生无法确定并消除且无法在空间有限的情况下确定较优降噪方案，从而难以解决因环境问题导致运算放大器精度下降的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种高精度运算放大器设计方法，包括：
步骤S1，服务器根据各应用场景中的环境温度参数以及环境湿度参数确定应用场景的场景分级，同时，利用服务器控制测试模块在预设训练时长中对处于单个应用场景的若干运算放大器进行测试，并利用收集模块收集各所述运算放大器在训练时长中的温度数据以及噪声强度数据；
步骤S2，当所述服务器接收到各所述运算放大器在所述应用场景的所述温度数据以及所述噪声强度数据时，服务器根据温度数据以及噪声强度数据对应的时间点绘制对应的噪声系数函数；
步骤S3，当所述服务器完成单个所述噪声系数函数的绘制时，服务器将待设计运算放大器的所述应用场景分级以及对应的设计体积与对应所述噪声系数进行对照，并根据对照结果计算对应的最大温度；
步骤S4，当所述服务器获得所述待设计运算放大器的所述最大温度时，服务器根据待设计运算放大器的设计体积计算对应的有效散热表面积目标值，同时，服务器根据散热表面积目标值生成封装外壳形状并输出至执行模块；
步骤S5，当所述执行模块接收到所述封装外壳形状时，制作所述运算放大器的封装外壳，同时将所述待设计运算放大器进行封装；
其中，所述环境温度参数由所述应用场景的环境温度与至少两个预设温度的比对结果确定，所述环境湿度参数由应用场景的环境湿度与至少两个预设湿度的比对结果确定，所述环境温度为所述应用场景对应的温度，所述环境湿度为所述应用场景对应的湿度，所述服务器根据所述环境温度参数以及所述环境湿度参数计算各应用场景的场景分级；所述温度数据为单个所述运算放大器在单个所述应用场景中在所述预设训练时长中的温度变化函数；所述噪声强度数据为单个所述运算放大器在单个所述应用场景中在所述训练时长中的噪声强度变化函数。
进一步地，当所述服务器对各所述应用场景进行分级时，服务器控制所述测试模块测定第i个应用场景的环境温度参数CTi以及环境湿度参数CΦi以计算第i个应用场景的场景分级Ci，设定Ci=CTi+CΦi，其中，Ti为第i个应用场景的环境温度，Φi为第i个应用场景的湿度，i=1，2，3，…，n，n为应用场景总数量且n为大于3的正整数；
所述服务器将Ti与Tα以及Tβ进行比较以对第i个应用场景的环境温度参数CTi进行赋值，服务器中设有第一预设温度Tα以及第二预设温度Tβ，其中，0＜Tα＜Tβ，第一预设温度Tα为最大低温环境对应温度，第二预设温度Tβ为最小高温环境对应温度，
若Ti＜Tα，所述服务器判定所述第i个应用场景为低温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为10；
若Tα≤Ti＜Tβ，所述服务器判定所述第i个应用场景为常温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为20；
若Tβ≤Ti，所述服务器判定所述第i个应用场景为高温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为30；
所述服务器将Φi与Φα以及Φβ进行比较以对第i个应用场景的环境湿度参数CΦi进行赋值，Φ服务器中设有第一预设湿度Φα以及第二预设湿度Φβ，其中，0＜Φα＜Φβ，第一预设湿度Φα为干燥环境对应湿度，第二预设湿度Φβ为潮湿环境对应湿度，
若Φi＜Φα，所述服务器判定所述第i个应用场景为干燥环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为1；
若Φα≤Φi＜Φβ，所述服务器判定所述第i个应用场景为正常湿度环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为2；
若Φβ≤Φi，所述服务器判定所述第i个应用场景为潮湿环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为3。
进一步地，当所述服务器在所述第i个应用场景中对单个所述运算放大器进行测试时，对于第j个运算放大器Aij，其在工作中由元件本身产生的噪声强度为Nij，所述服务器中设定训练时长为tα，在t∈（0，tα]时，元件本身产生的噪声强度Nij=FNij（t），其中，FNij（t）为所述运算放大器Aij产生的噪声强度与时间的对应关系，j=1，2，…，m，m为所述第i个应用场景中进行测试的运算放大器的总数且m为大于2的正整数。
进一步地，当所述服务器测定所述运算放大器Aij产生的噪声强度时，服务器设定运算放大器Aij的体积为Vj，其在所述训练时长tα中的温度变化与时间关系为FTij，设定Tij（t）=FTij×t，其中，Tij（t）为在t∈（0，tα）的连续可导函数，Tij（t）为运算放大器Aij的温度；所述服务器对于所述运算放大器Aij，其在所述训练时长tα中的各时间点的噪声系数为Bij（t），其中，Bij（t）由式（1）确定：
（1）
其中，Bij（t）为所述运算放大器Aij产生噪声系数，t为所述训练时长tα中的任一时间点。
进一步地，当所述服务器根据所述待设计运算放大器e的预设应用场景分级Ci、预设体积Ve以及预设最大噪声强度Nie时，进行计算以确定待设计运算放大器的最大温度maxFTie，，其中，FTie由式（2）确定：
（2）
其中，Ve的对应体积为Vj，maxBie（t）为对应的Vj代入所述式（1）中的最大值，t为所述训练时长tα中的任一时间点。
进一步地，所述服务器根据所述待设计运算放大器e的所述最大温度maxFTie及其体积Ve计算有效散热面积目标值De，其中，De由式（3）确定：
（3）
其中，a为所述服务器预设的调节系数，a∈（0，1），tα为所述训练时长。
进一步地，所述服务器根据所述有效散热面积目标值De确定是否对所述待设计运算放大器的外壳表面压入若干预设深度的凹槽用以增大有效散热面积，服务器中设有预设有效散热面积最高值maxDj，其中，0＜maxDj，预设有效散热面积最高值maxDj为所述预设体积Ve对应的有效散热面积的最大值，
若De≤maxDj，所述服务器判定能够通过在所述待设计运算放大器e的外壳上压入若干凹槽以增大所述有效散热面积，并控制所述执行模块在对应外壳上压入各对应凹槽；
若maxDj＜De，所述服务器判定所述预设体积Ve中无法通过压入凹槽对有效散热面积进行扩大，并控制所述执行模块以有效散热面积最高值maxDj进行外壳制作，同时，服务器提示对软件灵敏度进行调节。
进一步地，在第一灵敏度调节条件所述服务器根据所述待设计运算放大器的有效散热面积对应的最大噪声强度maxNie与Nijα以及Nijβ进行比较，以确定待设计运算放大器的灵敏度降低值，服务器中设有第一预设最大噪声强度Nijα以及第二预设最大噪声强度Nijβ，其中，0＜Nijα＜Nijβ，第一预设最大噪声强度Nijα为最大误差噪声强度，第二预设最大噪声强度Nijβ为最大可调噪声强度，
若maxNie＜Nijα，所述服务器判定所述待设计运算放大器抗干扰能力处于误差范围内，并以第一预设降低值调节所述待设计运算放大器；
若Nijα≤maxNie≤Nijβ，所述服务器判定所述待设计运算放大器抗干扰能力处于调节容许范围内，并以第二预设降低值调节所述待设计运算放大器；
若Nijβ＜maxNie，所述服务器判定所述待设计运算放大器抗干扰能力超出调节容许范围内，并重新进行设计待设计运算放大器；
其中，所述第一灵敏度调节条件为maxDj＜De，所述第一预设降低值为所述第一预设最大噪声强度Njiα对应的阻抗，所述第二预设降低值为所述第二预设最大噪声强度Njiβ对应的阻抗。
进一步地，所述高精度运算放大器设计方法还包括：
步骤S6，当所述服务器完成对单个类别的所述运算放大器的设计时，服务器控制所述执行模块制作对应的试验用运算放大器，并利用所述测试模块在对应应用场景中进行测试，若测试的最大噪声强度不大于所述最大噪声强度计算值，服务器判定设计合格；若所述最大噪声强度大于所述最大噪声强度计算值，所述服务器判定设计不合格，并进行记录。
进一步地，在第一预设执行条件所述服务器控制所述执行模块按对应运算放大器的外壳形状制作散热器形状，其中，所述外壳形状与所述散热器形状能够紧密贴合，所述第一预设执行条件为服务器判定设计合格。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明高精度运算放大器设计方法利用设定应用场景以及训练时长的方式寻找对应的温度、环境、噪声关系，并根据设置目标噪声的方式，对散热外壳以及灵敏度进行合理调节，一方面能够有效降低噪声产生，另一方面，噪声降低使得运算放大器的放大精度得到提高，有效提升了运算放大器的性能，进而提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明利用对环境进行分类的方式，将环境影响因素量化，在有效提升对环境因素导致运算放大器工作异常的定量分析的同时，降低了运算放大器设计的复杂度，从而进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明利用设定训练时长的方式，对运算放大器的有效工作时间进行限定，进而消除因元件长时间工作产生的测量误差，在有效降低了设计时长的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明利用在训练时长中测量温度以及噪声的方式，确定环境、温度、噪声的关系，并将结果进行输出，在有效提升了运算放大器模拟的准确性的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明利用确定最大温度对应的噪声的方式，对设计出的运算放大器进行定量分析，在有效降低了运算放大器的设计时长的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明利用确定有效散热面积目标值的方式，对运算放大器的外壳进行设计，在有效提升了小体积运算放大器的散热能力的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明通过利用服务器判断对运算放大器外壳压入凹槽的方式，在有效提升了运算放大器的有效散热面积的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明利用计算设计出的运算放大器对应的实际抗噪能力的方式，在有效提升了运算放大器设计合理性的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明通过试产并测试的方式，确定运算放大器的实际降温降噪能力，在有效提升了对运算放大器设计合理性准确性的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
进一步地，本发明通过制作对应运算放大器外壳的散热器，在有效提升了运算放大器的有效散热面积的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明高精度运算放大器设计方法的流程图；
图2为本发明高精度运算放大器设计方法的过程示意图；
图3为本发明实施例待设计运算放大器的外壳外形图；
图4为本发明实施例待设计运算放大器的散热器外形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明高精度运算放大器设计方法的流程图，包括：
步骤S1，服务器根据各应用场景中的环境温度参数以及环境湿度参数确定应用场景的场景分级，同时，利用服务器控制测试模块在预设训练时长中对处于单个应用场景的若干运算放大器进行测试，并利用收集模块收集各运算放大器在训练时长中的温度数据以及噪声强度数据；
步骤S2，当服务器接收到各运算放大器在应用场景的温度数据以及噪声强度数据时，服务器根据温度数据以及噪声强度数据对应的时间点绘制对应的噪声系数函数；
步骤S3，当服务器完成单个噪声系数函数的绘制时，服务器将待设计运算放大器的应用场景分级以及对应的设计体积与对应噪声系数进行对照，并根据对照结果计算对应的最大温度；
步骤S4，当服务器获得待设计运算放大器的最大温度时，服务器根据待设计运算放大器的设计体积计算对应的有效散热表面积目标值，同时，服务器根据散热表面积目标值生成封装外壳形状并输出至执行模块；
步骤S5，当执行模块接收到封装外壳形状时，制作运算放大器的封装外壳，同时将待设计运算放大器进行封装；
其中，环境温度参数由应用场景的环境温度与至少两个预设温度的比对结果确定，环境湿度参数由应用场景的环境湿度与至少两个预设湿度的比对结果确定，环境温度为应用场景对应的温度，环境湿度为应用场景对应的湿度，服务器根据环境温度参数以及环境湿度参数计算各应用场景的场景分级；温度数据为单个运算放大器在单个应用场景中在预设训练时长中的温度变化函数；噪声强度数据为单个运算放大器在单个应用场景中在训练时长中的噪声强度变化函数。
请参阅图2所示，其为本发明高精度运算放大器设计方法的过程示意图。
利用设定应用场景以及训练时长的方式寻找对应的温度、环境、噪声关系，并根据设置目标噪声的方式，对散热外壳以及灵敏度进行合理调节，在有效降低了噪声产生的同时，提升了运算放大器的性能，从而提升了运算放大器系统的鲁棒性。
具体而言，当服务器对各应用场景进行分级时，服务器控制测试模块测定第i个应用场景的环境温度参数CTi以及环境湿度参数CΦi以计算第i个应用场景的场景分级Ci，设定Ci=CTi+CΦi，其中，Ti为第i个应用场景的环境温度，Φi为第i个应用场景的湿度，i=1，2，3，…，n，n为应用场景总数量且n为大于3的正整数；
服务器将Ti与Tα以及Tβ进行比较以对第i个应用场景的环境温度参数CTi进行赋值，服务器中设有第一预设温度Tα以及第二预设温度Tβ，其中，0＜Tα＜Tβ，第一预设温度Tα为最大低温环境对应温度，第二预设温度Tβ为最小高温环境对应温度，
若Ti＜Tα，服务器判定第i个应用场景为低温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为10；
若Tα≤Ti＜Tβ，服务器判定第i个应用场景为常温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为20；
若Tβ≤Ti，服务器判定第i个应用场景为高温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为30；
服务器将Φi与Φα以及Φβ进行比较以对第i个应用场景的环境湿度参数CΦi进行赋值，Φ服务器中设有第一预设湿度Φα以及第二预设湿度Φβ，其中，0＜Φα＜Φβ，第一预设湿度Φα为干燥环境对应湿度，第二预设湿度Φβ为潮湿环境对应湿度，
若Φi＜Φα，服务器判定第i个应用场景为干燥环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为1；
若Φα≤Φi＜Φβ，服务器判定第i个应用场景为正常湿度环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为2；
若Φβ≤Φi，服务器判定第i个应用场景为潮湿环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为3。
利用对环境进行分类的方式，将环境影响因素量化，在有效提升对环境因素导致运算放大器工作异常的定量分析的同时，降低了运算放大器设计的复杂度，从而进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
具体而言，当服务器在第i个应用场景中对单个运算放大器进行测试时，对于第j个运算放大器Aij，其在工作中由元件本身产生的噪声强度为Nij，服务器中设定训练时长为tα，在t∈（0，tα]时，元件本身产生的噪声强度Nij=FNij（t），其中，FNij（t）为运算放大器Aij产生的噪声强度与时间的对应关系，j=1，2，…，m，m为第i个应用场景中进行测试的运算放大器的总数且m为大于2的正整数。
利用设定训练时长的方式，对运算放大器的有效工作时间进行限定，进而消除因元件长时间工作产生的测量误差，在有效降低了设计时长的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
具体而言，当服务器测定第i个应用场景中第j个运算放大器产生的噪声强度时，服务器设定第j个运算放大器的体积为Vj，其在训练时长tα中的温度变化与时间关系为FTij，设定Tij（t）=FTij×t，其中，j=1，2，3，…，m，m为最大运算放大器种类对应的数量，且，m为大于3的自然数，Tij（t）为在t∈（0，tα）的连续可导函数，Tij（t）为在第i个应用场景中、第j个运算放大器的温度；服务器对于第i个应用环境中的体积为Vj的第j个运算放大器，其在训练时长tα中的各时间点的噪声系数为Bij（t），其中，Bij（t）由式（1）确定：
（1）
其中，Bij（t）为在第i个应用场景中、第j个运算放大器产生噪声系数，当Bij（t）越大时，运算放大器的内部干扰越大，t为所述训练时长tα中的任一时间点。
利用在训练时长中测量温度以及噪声的方式，确定环境、温度、噪声的关系，并将结果进行输出，在有效提升了运算放大器模拟的准确性的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
具体而言，当服务器对各应用场景以及对应各运算放大器在训练时长中的各时间点的噪声系数的计算时，服务器根据待设计运算放大器e对应的预设应用场景Ci、预设体积Ve以及预设最大噪声强度Nie进行计算，以确定待设计运算放大器的对应最大温度maxFTie，设定e∉j，且e为自然数，，其中，FTie由式（2）确定：
（2）
其中，maxBie（t）为Ve对应体积的第j个运算放大器在第i个应用场景中的噪声系数的最大值，t为所述训练时长tα中的任一时间点。
利用确定最大温度对应的噪声的方式，对设计出的运算放大器进行定量分析，在有效降低了运算放大器的设计时长的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
具体而言，当服务器判定待设计运算放大器e在预设应用场景i中的最大温度maxFTie时，服务器根据其对应体积Ve计算对应的有效散热面积目标值De，其中，De由式（3）确定：
（3）
其中，a为服务器预设的调节系数，其与待设计运算放大器的高度以及元件的标准散热量有关，tα为所述训练时长。
利用确定有效散热面积目标值的方式，对运算放大器的外壳进行设计，在有效提升了小体积运算放大器的散热能力的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
请参阅图3所示，其为本发明实施例待设计运算放大器的外壳外形图。
当服务器确定待设计运算放大器e的有效散热面积目标值De时，服务器根据De对待设计运算放大器的外壳的表面以压入若干预设深度的凹槽，用以增大有效散热面积；当服务器在预设体积Ve中无法通过压入完成对有效散热面积的扩大时，服务器提示对软件灵敏度进行调节。
通过利用服务器判断对运算放大器外壳压入凹槽的方式，在有效提升了运算放大器的有效散热面积的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
具体而言，当服务器提示对软件灵敏度进行调节时，服务器根据待设计运算放大器在有效散热面积时对应的最大噪声强度maxNie进行判定，服务器中设有第一预设最大噪声强度Nijα以及第二预设最大噪声强度Nijβ，其中，0＜Nijα＜Nijβ，第一预设最大噪声强度Nijα为最大误差噪声强度，第二预设最大噪声强度Nijβ为最大可调噪声强度，将maxNie与Nijα以及Nijβ进行比较，以确定待设计运算放大器的灵敏度降低值，
若maxNie＜Nijα，服务器判定待设计运算放大器抗干扰能力处于误差范围内，并以第一预设降低值调节待设计运算放大器；
若Nijα≤maxNie≤Nijβ，服务器判定待设计运算放大器抗干扰能力处于调节容许范围内，并以第二预设降低值调节待设计运算放大器；
若Nijβ＜maxNie，服务器判定待设计运算放大器抗干扰能力超出调节容许范围内，并重新进行设计待设计运算放大器。
利用计算设计出的运算放大器对应的实际抗噪能力的方式，在有效提升了运算放大器设计合理性的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
具体而言，当服务器完成对单个类别的运算放大器的设计时，服务器控制执行模块制作对应的试验用运算放大器，并利用测试模块在对应应用场景中进行训练时长的测试，若最大噪声强度不大于预设最大噪声强度，服务器判定设计合格，并控制执行机构进行量产；若最大噪声强度大于预设最大噪声强度，服务器判定设计不合格，并进行记录。
通过试产并测试的方式，确定运算放大器的实际降温降噪能力，在有效提升了对运算放大器设计合理性准确性的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
请参阅图4所示，其为本发明实施例待设计运算放大器的散热器外形图。
当服务器判定对应运算放大器设计合格时，服务器控制执行模块按对应运算放大器的外壳形状制作散热器形状，其中，外壳形状与散热器形状能够紧密贴合。
通过制作对应运算放大器外壳的散热器，在有效提升了运算放大器的有效散热面积的同时，进一步提升了运算放大器系统的鲁棒性。
利用本发明技术方案进行设计的步骤如下：
以第一预设环境温度-5℃，第二预设环境温度25℃、第一预设环境湿度20%、第二预设环境湿度40%为例，环境参数能分为9类，其分别对应应用场景分级数值为11，12，13，21，22，23，31，32，33，在预设训练时长中，上述环境参数对应的体积为1mm³，2mm³，3mm³对应的运算放大器均有对应的噪声曲线与温度曲线，其中，温度曲线为平滑连续可导的上升曲线，噪声曲线为不规则的、其趋势为波动上升的，此时，其带来的噪声强度也逐渐增强，服务器将其对应的趋势拟合为噪声强度曲线。
当服务器获得对应参数时，可知各体积的运算放大器在各温度、各环境中的对应运行状况，进而在设计时，能够根据集成电路的封装需求，对限定体积的运算放大器反推其对应的噪声强度，并将噪声强度与温度相结合，服务器根据热阻公式推导出需要的有效散热面积，并如图3所示利用设置脊、下陷、上凸的方式增加其有效散热面积，同时进行测试，并根据测试结果选取最佳方案。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度运算放大器设计方法，其特征在于，包括：
步骤S1，服务器根据各应用场景中的环境温度参数以及环境湿度参数确定应用场景的场景分级，同时，利用服务器控制测试模块在预设训练时长中对处于单个应用场景的若干运算放大器进行测试，并利用收集模块收集各所述运算放大器在训练时长中的温度数据以及噪声强度数据；
步骤S2，当所述服务器接收到各所述运算放大器在所述应用场景的所述温度数据以及所述噪声强度数据时，服务器根据温度数据以及噪声强度数据对应的时间点绘制对应的噪声系数函数；
步骤S3，当所述服务器完成单个所述噪声系数函数的绘制时，服务器将待设计运算放大器的所述应用场景分级以及对应的设计体积与对应所述噪声系数进行对照，并根据对照结果计算对应的最大温度；
步骤S4，当所述服务器获得所述待设计运算放大器的所述最大温度时，服务器根据待设计运算放大器的设计体积计算对应的有效散热表面积目标值，同时，服务器根据散热表面积目标值生成封装外壳形状并输出至执行模块；
步骤S5，当所述执行模块接收到所述封装外壳形状时，制作所述运算放大器的封装外壳，同时将所述待设计运算放大器进行封装；
其中，所述环境温度参数由所述应用场景的环境温度与至少两个预设温度的比对结果确定，所述环境湿度参数由应用场景的环境湿度与至少两个预设湿度的比对结果确定，所述环境温度为所述应用场景对应的温度，所述环境湿度为所述应用场景对应的湿度，所述服务器根据所述环境温度参数以及所述环境湿度参数计算各应用场景的场景分级；所述温度数据为单个所述运算放大器在单个所述应用场景中在所述预设训练时长中的温度变化函数；所述噪声强度数据为单个所述运算放大器在单个所述应用场景中在所述训练时长中的噪声强度变化函数。
2.根据权利要求1所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，当所述服务器对各所述应用场景进行分级时，服务器控制所述测试模块测定第i个应用场景的环境温度参数CTi以及环境湿度参数CΦi以计算第i个应用场景的场景分级Ci，设定Ci=CTi+CΦi，其中，Ti为第i个应用场景的环境温度，Φi为第i个应用场景的湿度，i=1，2，3，…，n，n为应用场景总数量且n为大于3的正整数；
所述服务器将Ti与Tα以及Tβ进行比较以对第i个应用场景的环境温度参数CTi进行赋值，服务器中设有第一预设温度Tα以及第二预设温度Tβ，其中，0＜Tα＜Tβ，第一预设温度Tα为最大低温环境对应温度，第二预设温度Tβ为最小高温环境对应温度，
若Ti＜Tα，所述服务器判定所述第i个应用场景为低温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为10；
若Tα≤Ti＜Tβ，所述服务器判定所述第i个应用场景为常温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为20；
若Tβ≤Ti，所述服务器判定所述第i个应用场景为高温环境，并将第i个应用场景的环境温度参数CTi赋值为30；
所述服务器将Φi与Φα以及Φβ进行比较以对第i个应用场景的环境湿度参数CΦi进行赋值，服务器中设有第一预设湿度Φα以及第二预设湿度Φβ，其中，0＜Φα＜Φβ，第一预设湿度Φα为干燥环境对应湿度，第二预设湿度Φβ为潮湿环境对应湿度，
若Φi＜Φα，所述服务器判定所述第i个应用场景为干燥环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为1；
若Φα≤Φi＜Φβ，所述服务器判定所述第i个应用场景为正常湿度环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为2；
若Φβ≤Φi，所述服务器判定所述第i个应用场景为潮湿环境，并将第i个应用场景的环境湿度参数CΦi赋值为3。
3.根据权利要求2所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，当所述服务器在所述第i个应用场景中对单个所述运算放大器进行测试时，对于第j个运算放大器Aij，其在工作中由元件本身产生的噪声强度为Nij，所述服务器中设定训练时长为tα，在t∈（0，tα]时，元件本身产生的噪声强度Nij=FNij（t），其中，FNij（t）为所述运算放大器Aij产生的噪声强度与时间的对应关系，j=1，2，…，m，m为所述第i个应用场景中进行测试的运算放大器的总数且m为大于2的正整数。
4.根据权利要求3所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，当所述服务器测定所述运算放大器Aij产生的噪声强度时，服务器设定运算放大器Aij的体积为Vj，其在所述训练时长tα中的温度变化与时间关系为FTij，设定Tij（t）=FTij×t，其中，Tij（t）为在t∈（0，tα）的连续可导函数，Tij（t）为运算放大器Aij的温度；所述服务器对于所述运算放大器Aij，其在所述训练时长tα中的各时间点的噪声系数为Bij（t），其中，Bij（t）由式（1）确定：
（1）
其中，Bij（t）为所述运算放大器Aij产生噪声系数，t为所述训练时长tα中的任一时间点。
5.根据权利要求4所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，当所述服务器根据所述待设计运算放大器e的预设应用场景分级Ci、预设体积Ve以及预设最大噪声强度Nie时，进行计算以确定待设计运算放大器的最大温度maxFTie，，其中，FTie由式（2）确定：
（2）
其中，Ve的对应体积为Vj，maxBie（t）为对应的Vj代入所述式（1）中的最大值，t为所述训练时长tα中的任一时间点。
6.根据权利要求5所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，所述服务器根据所述待设计运算放大器e的所述最大温度maxFTie及其体积Ve计算有效散热面积目标值De，其中，De由式（3）确定：
（3）
其中，a为所述服务器预设的调节系数，a∈（0，1），tα为所述训练时长。
7.根据权利要求6所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，所述服务器根据所述有效散热面积目标值De确定是否对所述待设计运算放大器的外壳表面压入若干预设深度的凹槽用以增大有效散热面积，服务器中设有预设有效散热面积最高值maxDj，其中，0＜maxDj，预设有效散热面积最高值maxDj为所述预设体积Ve对应的有效散热面积的最大值，
若De≤maxDj，所述服务器判定能够通过在所述待设计运算放大器e的外壳上压入若干凹槽以增大所述有效散热面积，并控制所述执行模块在对应外壳上压入各对应凹槽；
若maxDj＜De，所述服务器判定所述预设体积Ve中无法通过压入凹槽对有效散热面积进行扩大，并控制所述执行模块以有效散热面积最高值maxDj进行外壳制作，同时，服务器提示对软件灵敏度进行调节。
8.根据权利要求7所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，在第一灵敏度调节条件所述服务器根据所述待设计运算放大器的有效散热面积对应的最大噪声强度maxNie与Nijα以及Nijβ进行比较，以确定待设计运算放大器的灵敏度降低值，服务器中设有第一预设最大噪声强度Nijα以及第二预设最大噪声强度Nijβ，其中，0＜Nijα＜Nijβ，第一预设最大噪声强度Nijα为最大误差噪声强度，第二预设最大噪声强度Nijβ为最大可调噪声强度，
若maxNie＜Nijα，所述服务器判定所述待设计运算放大器抗干扰能力处于误差范围内，并以第一预设降低值调节所述待设计运算放大器；
若Nijα≤maxNie≤Nijβ，所述服务器判定所述待设计运算放大器抗干扰能力处于调节容许范围内，并以第二预设降低值调节所述待设计运算放大器；
若Nijβ＜maxNie，所述服务器判定所述待设计运算放大器抗干扰能力超出调节容许范围内，并重新进行设计待设计运算放大器；
其中，所述第一灵敏度调节条件为maxDj＜De，所述第一预设降低值为所述第一预设最大噪声强度Njiα对应的阻抗，所述第二预设降低值为所述第二预设最大噪声强度Njiβ对应的阻抗。
9.根据权利要求8所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，所述高精度运算放大器设计方法还包括：
步骤S6，当所述服务器完成对单个类别的所述运算放大器的设计时，服务器控制所述执行模块制作对应的试验用运算放大器，并利用所述测试模块在对应应用场景中进行测试，若测试的最大噪声强度不大于所述最大噪声强度计算值，服务器判定设计合格；若所述最大噪声强度大于所述最大噪声强度计算值，所述服务器判定设计不合格，并进行记录。
10.根据权利要求9所述的高精度运算放大器设计方法，其特征在于，在第一预设执行条件所述服务器控制所述执行模块按对应运算放大器的外壳形状制作散热器形状，其中，所述外壳形状与所述散热器形状能够紧密贴合，所述第一预设执行条件为服务器判定设计合格。
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