運算放大器--單通道、雙通道、四通道優(yōu)缺點(diǎn)及結構

　　封裝引腳輸出

　　圖1中的版圖對單通道運放來(lái)說(shuō)完全沒(méi)有問(wèn)題，但對雙通道運放來(lái)說(shuō)問(wèn)題就出現了。雙通道運放的標準引腳輸出如圖2所示。

　　圖3是雙通道運放在晶體管級的一種可能的底層規劃圖。這里有個(gè)問(wèn)題：通道B的輸出必須越過(guò)輸入線(xiàn)才能到達引腳7。在很早以前，雙極性模擬工藝還是采用的單層金屬化工藝，必須使用穿接(cross-under)方法，因此對性能會(huì )有影響。

　　圖3是一個(gè)很好的雙通道運放版圖。輸入級非?？拷闫行?，因此機械應力梯度最小。從一個(gè)輸出級到另一個(gè)輸入級的距離要大于另一種版圖。從輸出級到兩個(gè)輸入級的等溫線(xiàn)近似等距的并行線(xiàn)，因此交叉耦合輸入級四通道運放的抑制能力很強。這種版圖的主要缺點(diǎn)是，輸出B必須跨越兩個(gè)輸入級才能到達輸出焊盤(pán)。從輸出金屬化到同相輸入金屬化的任何電容都將導致正反饋。這對幾年前的單層金屬化(SLM)工藝來(lái)說(shuō)問(wèn)題比較麻煩，不過(guò)通過(guò)這些運放的低增益帶寬已經(jīng)有所改善。這種版圖具有良好的散熱性能，但是，在規劃同一產(chǎn)品系列中的四通道版本時(shí)又會(huì )遇到問(wèn)題。 雙通道版圖還有另外一種選擇，如圖4。在一個(gè)產(chǎn)品系列中要規劃四通道產(chǎn)品時(shí)可以采用這種版圖，因為這種版圖可以被復制，再經(jīng)垂直翻轉就能快速生成四通道版圖。輸入和輸出相當靠近正確的封裝引腳。四通道運放的標準引腳輸出如圖5所示。

　　這種版圖存在幾個(gè)微妙的問(wèn)題：(1)輸入級不在裸片中心，而裸片中心是最低的機械應力梯度點(diǎn)，具有最小的失調電壓;(2)從輸出級到輸入級的距離不夠遠;(3)從一個(gè)輸出級到另外一個(gè)輸入級的熱波將使等溫線(xiàn)變成曲線(xiàn)，因而無(wú)法被交叉耦合的輸入對完全抑制，并造成從一個(gè)通道至另一個(gè)通道的串擾。

　　這些問(wèn)題使設計師處于兩難境地：對雙通道運放來(lái)說(shuō)最優(yōu)的版圖對四通道運放而言不是最優(yōu)的。每個(gè)單通道、雙通道或四通道運放的單個(gè)版圖可以從頭開(kāi)始設計，但考慮到上市時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本，標準設計過(guò)程是要盡可能多地重復利用某個(gè)設計。當某個(gè)產(chǎn)品系列中只需要單通道或雙通道運放時(shí)，雙通道的版圖通常是最優(yōu)的。有趣的是，將圖3進(jìn)行水平翻轉可以得到同樣的四通道版圖，因此與版圖設計合理的雙通道或單通道運放相比，四通道運放性能指標會(huì )較差。

　　幾年前，有個(gè)制造商做出了指標非常好的四通道運放。秘訣是使用了一個(gè)特殊的引腳框，可接受兩個(gè)雙裸片，即混合器件或多芯片模塊(MCM)。這種產(chǎn)品需要在內部完成裝配，或與外部裝配工廠(chǎng)進(jìn)行緊密合作。最終的良品率近似等于各個(gè)裸片良品率的乘積。例如，如果裸片良品率是99%，那么最終良品率將是0.99×0.99 = 98.01%，這是完全可以接受的。另一方面，如果裸片良品率為90%，對于規格要求很?chē)赖钠骷?lái)說(shuō)這是很有可能的，那么總的良品率將是0.9×0.9 = 81%。

　　2009年12月曾有人展開(kāi)過(guò)一項研究，通過(guò)五家半導體公司的網(wǎng)站統計單通道、雙通道和四通道產(chǎn)品種類(lèi)的 數量。調研結果如下：

　　單通道： 598，占 39.7%

　　雙通道： 556，占37%

　　四通道： 350，占 23.3%

　　這里包括了大批量應用運放、音頻放大器、高速、帶有或不帶有關(guān)斷引腳的器件(算作兩種)以及單位增益穩定和非完全補償器件，在精密應用領(lǐng)域，如低失調電壓或低噪聲，總數會(huì )向單通道和雙通道傾斜