精密運算放大器技術(shù)特點(diǎn)及應用情況分析

傳統的低噪聲精密運放用雙極(Bipolar)技術(shù)來(lái)設計，隨著(zhù)現有的很多產(chǎn)品采用電池供電，低功耗設計越來(lái)越重要，傳統的精密運放在功耗和軌對軌(rail to rail)輸出特性已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需要，而且傳統的精密運放還有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是需要負電源供電，這在很多產(chǎn)品的系統設計中是不能容忍的。因而市場(chǎng)呼喚低功耗、低噪聲、高速大帶寬、軌對軌輸出特性的精密運放，于是CMOS設計技術(shù)成為首選，相關(guān)高精密運算放大器應運而生。

隨著(zhù)DSP處理能力的提高和高速高精度ADC的發(fā)展，模擬信號鏈處理越來(lái)越向下述的系統結構靠近，如圖1所示。依靠強大的DSP處理器運算能力，DSP處理器將在數字域對信號進(jìn)行處理，比如信號的濾波、調制與解調、算法處理等等，以前用硬件實(shí)現的功能大量使用軟件去代替，這種結構極大地節省了硬件成本，但是它對前級的運放提出了很高的要求。我們知道一個(gè)系統輸入級的噪聲性能往往決定了一個(gè)系統的設計成敗，若運放噪聲性能不好，DSP處理器功能再強大也不行。輸入級運算放大器成為這種信號處理結構中的關(guān)鍵點(diǎn)，只有高速、低功耗、低噪聲、大帶寬、高輸入阻抗、軌對軌輸出特性的精密運放才能勝任。

圖1: 模擬信號鏈處理過(guò)程示意圖。

新型傳感器層出不窮，對大部分傳感器而言，其輸出信號主要在低頻端，而且信號幅度很小，比如應變壓力傳感器其輸出一般在5mV左右，熱電偶輸出信號幅度在2mV左右，應用中和它們接口的運算放大器必須是精密運放。CMOS技術(shù)設計的運算放大器和雙極技術(shù)相比，具有更大的失調電壓和大的低頻噪聲，為了達到傳感器系統設計需要的性能指標，CMOS設計技術(shù)需要在電路上進(jìn)行特別的處理，比如自動(dòng)調零(AutoZero)技術(shù)、相關(guān)雙采樣(CDS)技術(shù)、斬波(Chopping)穩零技術(shù)等。

圣邦微電子在精密運算放大器產(chǎn)品方面首先推出的是SGM8922。該器件具有以下特性：①的電壓噪聲；②軌對軌輸出；③3V~5.5V的供電范圍；④增益帶寬積為12.7MHz；⑤壓擺率為6.8V/?s；⑥最大0.9mV的VOS；⑦±100mA的驅動(dòng)能力，5V供電在100mA負載下，VOH可達4.73V，VOL為0.24V，超強輸出驅動(dòng)能力的特點(diǎn)使SGM8922在很多應用上表現出色。比如它可以作為應變壓力傳感器的激勵源，電路如圖2所示。在此類(lèi)傳感器的恒流激勵中，恒流源電流大小為，Vref為一個(gè)基準源，用戶(hù)可以用傳統的基準源IC即可產(chǎn)生，例如431等。

圖2：采用SGM8922實(shí)現應變壓力傳感器的激勵源。

由于其出色的大驅動(dòng)能力和軌對軌輸出特性，SGM8922還可以作為