戰地黃花分外香――競爭與繁榮的傳統產(chǎn)品運放

高精度運算放大器的對應用工程意義明了、毋庸贅敘，其設計工程的挑戰則比較特別；高精度運放設計是專(zhuān)利集中的領(lǐng)域，很多電路方案和布線(xiàn)方案受到保護；新設計要在保護和利用的原則下創(chuàng )新。圣邦的高精度運放產(chǎn)品設計是業(yè)內最新數據模型和部分創(chuàng )新的結合。

與在高精度測量放大系統中方案靈活多變不同，例如相關(guān)雙采樣方案2、斬波調制放大方案3和斬波跟蹤方案4等等，高精度運算放大器的實(shí)現方案局限于精密跟蹤補償和交替自穩零兩類(lèi)基礎方案。

參考圖5，交替自穩零方案的原理與斬波跟蹤放大器類(lèi)似。信號通道上的第一級被分為兩個(gè)幾何分布完全一致的兩組；除了切換瞬間，總有一組在通過(guò)信號，保證了信號是被近似連續傳送和放大的；自穩零校準則是交替進(jìn)行的。不在傳遞信號的一組的失調被饋入調零通道，調節偏置使失調為零。

高電壓運算放大器

在工業(yè)現場(chǎng)或者類(lèi)似惡劣條件的場(chǎng)合，采用可直接工作在較高電壓的運放有利于提高可用率和瘸行力5。只是提高工作電壓對設計容限的改進(jìn)是有限的；事實(shí)上大多數早期的雙極型運放可以工作在較高電壓下，但是不能在低電壓下工作?，F代意義下的高壓運放需要的高適應性包括大動(dòng)態(tài)工作電壓范圍，滿(mǎn)幅輸入/輸出，抗高共模/差模和具備短期過(guò)壓寬限。以SGM8291為例，其工作電壓范圍是4.5V~36V，共模和差模均輸入允許到電源電壓，電源短期過(guò)壓可超過(guò)40V。

現代意義下的高壓運放是一個(gè)較新的運放品種，例如TI也只是在近期開(kāi)始推廣其OPA171系列的高壓運放。這些高壓運放全部具有大動(dòng)態(tài)、低電流的特點(diǎn)，以JFET或CMOS作為輸入，普遍采用BCD混合結構；其特性?xún)?yōu)勢是雙極型高壓運放無(wú)法抗類(lèi)比的。高壓運放的結構與低壓運放的結構不同，如輸入節要在大得多的共模電壓范圍內保持穩定的失調電壓，輸出節要承受大的柵-漏(或基-集)電壓。SGM8291在全電壓范圍內失調不超過(guò)0.9mV并允許輸出長(cháng)期短路。

圖6用來(lái)解釋如何實(shí)現這些特性所需要的結構差異的一個(gè)示意方案(此示意并不暗示圣邦使用了這一結構)。其中CC1~CC3恒流源需要利用雙極型的本征恒流特性穩定輸入差分對的偏置；A采用CMOS取得高增益；T1、T2采用DMOS實(shí)現高耐壓。低壓運放不需要這些組合。

開(kāi)發(fā)高壓運放、完善工業(yè)產(chǎn)品鏈的社會(huì )意義大于開(kāi)發(fā)者的直接經(jīng)濟意義，是圣邦實(shí)力和自信的體現。盡管高壓運放對工業(yè)應用來(lái)講是不可或缺的，實(shí)際其應用空間被低壓結構系統不斷擠占。其一是因為在大多系統中信號最終被饋送到或者最初來(lái)自低壓的數字處理電路，低壓系統已具備系統級高設計容限；其二是外圍電路改進(jìn)可利用低壓電路取得類(lèi)似高壓器件的容限6，分享低壓元件選擇性大、供應量好和價(jià)格低的紅利。但是有些應用場(chǎng)景注定需要高壓運放，圖7示意了在輸入側和輸出側適合使用高壓運放的若干情況。

戰地黃花分外香

半導體集成運算放大器從60年代開(kāi)發(fā)面市，歷經(jīng)半百滄桑到今天還能見(jiàn)到不斷有新的產(chǎn)品推出1，見(jiàn)證了人類(lèi)對自然深入探究和提升自我的不斷追求。近些年國內出現了若干家像圣邦一樣以模擬集成電路開(kāi)發(fā)推廣為主要業(yè)務(wù)的新半導體公司，對拓展應用和推動(dòng)市場(chǎng)競爭做出貢獻；本文介紹的圣邦公司產(chǎn)品的特性、特性全部都已經(jīng)與已知高性能產(chǎn)品的規格齊平。在成熟的應用中，包括運放在內模擬電路被越來(lái)越多地集成到了單片系統中，同時(shí)隨著(zhù)認識的深入和處理能力的加強、也不斷有新的要求需要新的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足。新產(chǎn)品和被集成、超越和被超越是同樣的進(jìn)步，是發(fā)展和繼續。

感謝圣邦CEO張世龍博士的審閱和許可談?wù)摴镜男庐a(chǎn)品及其重要應用。圣邦高級應用專(zhuān)家姚若亞博士也全文審閱了此文并對低功耗應用的闡述提供了重要意見(jiàn)。

1局部線(xiàn)性的限幅放大器具有最好的確定性抖動(dòng)特性。除了本身就有兩級導致確定性抖動(dòng)外，內置滯回的比較器前級導致額外的抖動(dòng)，而無(wú)滯回的抖動(dòng)更與輸入信號變化速率有關(guān)。

2即在時(shí)間或空間采集兩個(gè)噪聲/干擾相關(guān)、信號不同的數據，用其中的相關(guān)部分消除噪聲/干擾的方案。

3利用斬波調制把低頻信號變成特定頻率范圍內的高頻信號，進(jìn)行濾波放大后，測量高頻信號、反推到被調制低頻信號的測量方案。

4利用同時(shí)倒換信號相和放大通道的相，使信號保持不換相、干擾和噪聲被換相對消的測量方按。

5可用率即設備可維持有效運行的時(shí)間比率；瘸行能力即部分喪失工作條件時(shí)仍能維持一定工作的能力，與系統的設計容限有關(guān)。

6例如利用分壓器和電源保護性自舉浮動(dòng)，可承受高電壓和耐受短時(shí)間過(guò)壓。

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