關(guān)鍵運(yùn)算放大器基本特性與設(shè)計(jì)考量

　　比較器是常態(tài)處于類飽和態(tài)的模擬集成電路，僅在比較閾值附近一個(gè)微小的區(qū)間表現(xiàn)為線性。無論在高速場合還是低速場合，對(duì)比較器的需要常被忽視和誤解?，F(xiàn)實(shí)中不乏把放大器當(dāng)作比較器使用的成功工程案例，真實(shí)地反映了對(duì)比較器的需求的變化。比較器無論是參數(shù)優(yōu)化還是實(shí)際結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)都跟運(yùn)算放大器不同；比較器在輸出翻轉(zhuǎn)前或者后的傳輸增益要小，以防止自激；觸發(fā)翻轉(zhuǎn)后的上升或者下降沿不受前級(jí)的爬升率的影響。

　　傳統(tǒng)工程上對(duì)比較器的需要大都被取代或者弱化，如快速渡過邏輯器件的邏輯模糊區(qū)、精確幅度甄別和抑制在甄別閾值附近的不定狀態(tài)輸出等。主要因?yàn)锳DC的普及使用和邏輯I/O的設(shè)計(jì)改進(jìn)；無論是在邏輯I/O電路中還是利用運(yùn)放的輕度正反饋滯回，都可以有效避免邏輯不確定性，而定時(shí)抖動(dòng)特性一直不是比較器的強(qiáng)項(xiàng)。

　　圣邦的設(shè)計(jì)改進(jìn)重點(diǎn)在于減少比較器的耗電。微功耗運(yùn)放用作比較器時(shí)在飽和狀態(tài)工作電流有所增加，退出飽和需要較長時(shí)間，比較器則沒有這些問題。如圖3所示，SGM8701系列微功耗的工作電流穩(wěn)定在300nA附近的極低水平。

　　圖3： SGM8701 系列比較器工作電流。

　　極低功耗比較器可以用于需要潛伏或深度睡眠狀態(tài)的應(yīng)用，例如在待機(jī)期間持續(xù)監(jiān)測電池電壓和連續(xù)監(jiān)視等待喚醒呼叫等。

　　無交越失真運(yùn)算放大器

　　與BTL和C類放大器的交越失真概念不同，無交越失真運(yùn)放是相對(duì)于有輸入結(jié)構(gòu)相關(guān)交越失真的滿幅輸入CMOS運(yùn)放提出的。CMOS運(yùn)算放大器具有輸入阻抗高、工作電流低、易實(shí)現(xiàn)滿幅輸出和不需要區(qū)別單雙電源設(shè)計(jì)等突出優(yōu)點(diǎn)，但是其輸入部分柵極與源極之間需要較大壓差，共模輸入電壓范圍小，限制了低工作電壓使用。如圖4所示的互補(bǔ)雙差分對(duì)結(jié)構(gòu)被用于CMOS運(yùn)放以允許滿幅輸入。這種互補(bǔ)雙差分對(duì)結(jié)構(gòu)保證無論共模電壓是接近正電源，還是接近負(fù)電源，至少有一個(gè)差分對(duì)可以工作。工程現(xiàn)實(shí)無法保證這兩個(gè)差分對(duì)有完全一致的失調(diào)電壓。輸入共模電壓變化使互補(bǔ)雙差分對(duì)交替工作引起輸入相關(guān)交越失真。

　　圖4： 引起交越失真的互補(bǔ)雙差分對(duì)輸入結(jié)構(gòu)。

　　與輸出圖騰柱結(jié)構(gòu)的輸出交替引起的交越失真不同，輸入相關(guān)的交越失真無法通過提高開環(huán)增益予以改善。SGM8942通過對(duì)輸入部分偏置結(jié)構(gòu)的改變避免了使用雙互補(bǔ)差分對(duì)結(jié)構(gòu)，是一種新型的無交越失真滿幅輸入/輸出型運(yùn)算放大器。

　　輸入相關(guān)交越失真僅發(fā)生在同相放大應(yīng)用，如需要高輸入阻抗放大器的駐極體輸出緩沖、壓電換能器的輸出緩沖、PT/CT電量傳感器輸出的緩沖和電位差計(jì)輸出緩沖等。交越失真生成寄生頻譜，或產(chǎn)生虛假微擾動(dòng)。SGM8942成功地應(yīng)用于微弧檢測、瞬時(shí)功率因數(shù)測量和電化學(xué)擴(kuò)散電勢檢測等對(duì)微擾敏感的應(yīng)用中。