運算放大器：?jiǎn)瓮ǖ?，雙通道抑或四通道(上)

　　歷史

　　Bob Widlar曾提出一個(gè)重要觀(guān)點(diǎn)，即集成電路(IC)的設計依據應該是比例和匹配，而不是電阻和晶體管的絕對值。這個(gè)原理同樣適用于需要多個(gè)運算放大器的PCB(印制電路板)設計。

　　雙通道運放真的是兩運放，還是一硅片具備兩功能?

　　人們常常認為雙通道運放等同于兩個(gè)單通道運放，但在電路板上，單片雙通道IC與兩個(gè)單通道IC之間還是存在一些細微差別，這些差別可能會(huì )給新的設計帶來(lái)問(wèn)題。由于兩個(gè)運放在相同的單個(gè)硅片上并排放置，因此在使用雙通道放大器時(shí)需要考慮電氣和散熱因素。

　　業(yè)界研究熱效應已經(jīng)有30多年的歷史了，并且在Solomon引用的一篇前50強IEEE論文有詳細的論述 [1]。隨著(zhù)運放輸出電壓的改變，散熱量也隨之改變，會(huì )有一個(gè)熱波穿過(guò)整個(gè)芯片傳播到輸入級，使芯片失去平衡，并表現為一種電氣信號。熱波能夠同時(shí)影響兩個(gè)運放，即使它們在電氣上是分開(kāi)的。

　　另外還有電氣效應。為了減小裸片尺寸，進(jìn)而降低成本，像偏置電路和相關(guān)啟動(dòng)電路等部分可能為兩個(gè)運放所共享。如果一個(gè)運放超出了正常工作范圍，并導致偏置電路出現故障，那么另一個(gè)運放也會(huì )發(fā)生故障 [2]。另外，由于只有一對電源引腳，邦定線(xiàn)和裸片上的一些金屬化層將承載兩個(gè)運放的總電流。一個(gè)放大器吸收的電流將產(chǎn)生IR壓降，并通過(guò)隨頻率改變的PSRR指標反映到另一個(gè)運放上。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　任何事物都不可能十全十美，因此使用雙通道運放既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。有些優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。首先，單次插入比兩次插入更省制造成本。其次，大多數半導體制造商的雙通道運放報價(jià)通常要低于兩個(gè)單通道運放的成本。通過(guò)合并子電路，裸片面積通常小于單通道運放的兩倍。再者，高速自動(dòng)化測試設備(ATE)受類(lèi)似運放這樣的單個(gè)功能的處理時(shí)間的限制，因此每個(gè)功能的測試成本也更低。在封裝成本方面也是如此。最后，由于兩個(gè)電路在晶圓上靠得非常近，它們之間的電氣特性 (通常會(huì )規定)也非常匹配。

　　缺點(diǎn)

　　不過(guò)也存在一些缺點(diǎn)。將兩個(gè)或四個(gè)功能放在一個(gè)封裝中會(huì )增加功耗。對于低帶寬、低電壓(低功耗)運放來(lái)說(shuō)，這種功耗的增加對結溫的影響很小，僅上升5℃。而對驅動(dòng)低阻抗負載(如同軸電纜)的高速運放而言，這種結溫上升會(huì )非常明顯，大概有30℃。由于裸片應力原因，四通道運放的最大失調電壓將高于雙通道或單通道運放[3]。在某些情況下，雙通道運放的失調電壓會(huì )比單通道運放高，四通道運放的失調電壓將比雙通道運放高[4]。

　　串擾也是個(gè)問(wèn)題，它源自?xún)蓚€(gè)效應：熱效應和電氣效應。如前所述，從一個(gè)部分發(fā)出的熱波將使另一個(gè)部分的輸入級失去平衡，這表現為低頻反饋。另外，由于只有一對電源引腳，邦定線(xiàn)電阻對所有部分都是公共的，因此一個(gè)部分引起的大負載電流將在邦定線(xiàn)上造成IR壓降。運放的PSRR不是無(wú)限的，因此某部分將被耦合到其它部分。PSRR隨頻率升高而下降，因此在約5kHz至10kHz頻段可以看到這一現象。

　　版圖設計考慮

　　為了真正理解這些效應發(fā)生的原因，有必要了解單通道、雙通道和四通道運放的內部構造。