TI解析放大器的發(fā)展方向及最新產(chǎn)品

作者　迎九

　　新年伊始，德州儀器(TI)放大器產(chǎn)品部副總裁兼總經(jīng)理Amichai Ron來(lái)華，介紹了該公司看好的運(yùn)算放大器方向，并推介了三款新品。

三大市場(chǎng)：汽車、工業(yè)和個(gè)人電子產(chǎn)品

　　相對(duì)于很多快速變化的市場(chǎng)，運(yùn)算放大器的演變相對(duì)較慢，不容易被人們察覺。作為在運(yùn)放領(lǐng)域多年的耕耘者，TI目前的主要投資方向是汽車、工業(yè)和個(gè)人電子產(chǎn)品領(lǐng)域，因?yàn)檫@三大市場(chǎng)發(fā)展迅猛。

　　這三大市場(chǎng)的共同特點(diǎn)都是朝著需要更具感知力(即讓每一節(jié)點(diǎn)具有更多感應(yīng)器)、更強(qiáng)的性能表現(xiàn)、讓設(shè)備更加智能以及更多功能上發(fā)展。因此，不僅僅是需要的放大器數(shù)量越來(lái)越多，而且對(duì)體積、功耗、性能等的要求也會(huì)越來(lái)越高。

　　同時(shí)達(dá)到以上要求是極具挑戰(zhàn)性的。不久前，TI發(fā)布了幾款值得稱道的器件，有小封裝的LPV9061運(yùn)算放大器和TLV7011比較器系列，還有超低功耗和超高精度的LPV821運(yùn)算放大器。

三款新的放大器和比較器

　　*第一款放大器的型號(hào)是TLV9061。這是TI于2018年2月推出的小型運(yùn)放，僅占0.64 mm2(如圖1)。盡管尺寸非常小，但仍能保持低功耗和高性能。

　　TLV9061運(yùn)算放大器具有以下三個(gè)特點(diǎn)：減少系統(tǒng)尺寸及成本，采用高性能設(shè)計(jì)，有更高的DC準(zhǔn)確性。

　　具體地，從系統(tǒng)角度來(lái)看，現(xiàn)在運(yùn)放有個(gè)要求，因?yàn)檫@些器件經(jīng)常面對(duì)著電磁干擾(EMI)，需要把EMI 濾波器集成進(jìn)去。例如手機(jī)內(nèi)的運(yùn)放集成了EMI濾波器，就使得客戶在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)省了使用外部濾波器所占用的空間。

　　高性能設(shè)計(jì)方面，由于TLV9061運(yùn)放是10 MHz帶寬的器件，同時(shí)能保證功耗比同類產(chǎn)品低，且性能保持在很高的水平。

　　第三點(diǎn)則是其DC精度具有更高的準(zhǔn)確性，使失調(diào)漂移降低兩倍和典型輸入偏置電流在的工作溫度范圍，從-40 ℃到125 ℃，打造出比其他小型設(shè)備更精確的信號(hào)鏈解決方案。

　　此外，TI還為工程師們提供全套的解決方案，例如電機(jī)設(shè)計(jì)可以從TI官網(wǎng)上查到“TIDA—01588”參考設(shè)計(jì)，僅有硬幣大小。

　　那么，TLV9061是如何實(shí)現(xiàn)這樣的高性能的?Amichai Ron稱，主要有三個(gè)原因：第一是TI的先進(jìn)封裝工藝;第二是TI獨(dú)特的處理技術(shù);第三則是TI領(lǐng)先的設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　筆者注意到，在TLV9061中采用了X2SON封裝，為什么采用這樣的封裝形式?Amichai Ron解釋道，因?yàn)檫@樣既可以兼顧客戶對(duì)小尺寸的需求，又符合客戶焊接工藝的需求。當(dāng)然，針對(duì)這款產(chǎn)品，TI也將會(huì)推出其他的封裝形式，以供客戶選擇。實(shí)際上，X2SON封裝之前是有的，但TI第一個(gè)將此封裝形式應(yīng)用在信號(hào)鏈產(chǎn)品上。

　　*第二款器件是具有與TLV9061相同封裝的比較器——TLV7011系列，也是2018年2月推出。眾所周知，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了需要放大器之外，系統(tǒng)還需要比較器來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的電壓及狀態(tài)。因此，TI同時(shí)推出了TLV7011系列比較器，這也堪稱業(yè)內(nèi)很小的比較器系列。這款比較器除了占用小空間之外，功能卻沒有減少。更重要的是，功耗極低。因?yàn)楸容^器需要不斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，因此其功耗對(duì)系統(tǒng)的功耗影響重大。

　　這款比較器相較于具有相同反應(yīng)時(shí)間的其他比較器，能夠降低50%的功耗。

　　*LPV821放大器。該款放大器于2017年12月推向市場(chǎng)。集超高精度與極低功耗于一身，功耗能夠降低60%，且使用零漂移技術(shù)，使得精度能夠達(dá)到很高的水平。

　　TI的應(yīng)用案例是在變送器系統(tǒng)中的應(yīng)用。變送器系統(tǒng)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)做傳輸和通信的前端部件，通過感應(yīng)節(jié)點(diǎn)傳到遠(yuǎn)端的控制中心。這其中會(huì)對(duì)器件有一些要求，需要監(jiān)控在 4~20 mA電流到底有沒有發(fā)生問題。例如，用LPV821加一些MCU和無(wú)線的器件組成一個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)。因?yàn)楸旧砭€上電流已經(jīng)很低(4~20 mA)，還需要在上面取一些電給放大器供電，從而讓整個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)能正常工作、發(fā)送信號(hào)，所以對(duì)功耗的要求會(huì)更苛刻，而且4~20 mA是很小的電流，除了電流小、功耗低要求之外，對(duì)精度也有要求，要分辨如此小的電流難度很大。所以，它既結(jié)合了低功耗，又結(jié)合了高精度，以完成這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此應(yīng)用手冊(cè)在TI官網(wǎng)上就可以找到。

　　那么，LPV821功耗降低了60%，是用什么樣的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的?Amichai Ron稱有兩個(gè)主要原因。首先，TI擁有自己的工廠，這使得TI有很大限度的靈活性來(lái)優(yōu)化功耗、精度、尺寸及性能。其次，TI不斷投入，優(yōu)化工廠的制程及工藝。

　　零漂移怎么實(shí)現(xiàn)的?實(shí)際上，在TI官網(wǎng)上有許多的資料可供大家參考。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，TI采用了專有的自動(dòng)歸零技術(shù)，以提供低失調(diào)電壓，隨時(shí)間推移和溫度變化而實(shí)現(xiàn)接近零漂移的性能。

　　為了實(shí)現(xiàn)零漂移，比較器內(nèi)部需要一直在工作，來(lái)不斷地調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，同時(shí)，芯片的功耗又降下來(lái)了。TI如何平衡這兩者?Amichai Ron承認(rèn)，做運(yùn)放設(shè)計(jì)需要有所取舍，實(shí)現(xiàn)零漂移的確會(huì)提升一定的功耗，TI所做的就是為客戶提供盡可能多的選擇，無(wú)論他們對(duì)放大器有何種需求，都可以在TI的產(chǎn)品組合中找到。早在多年前，TI就推出了第一款零漂移放大器——OPA333，今天所做的就是在此基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化工藝及生產(chǎn)技術(shù)，使得保持零漂移的同時(shí)，功耗不斷降低，因此才有了今天的LPV821。

TI運(yùn)放的投資方向

　　一是小尺寸;二是低功耗;三是高電壓。高電壓方面，現(xiàn)在大部分高壓運(yùn)放在36 V以下，但有些系統(tǒng)需要更高的電壓，比如AGV小車(自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車)電池需要40 V以上(注：越高的電壓，電池效率會(huì)越高)。今后TI會(huì)有更高壓的運(yùn)放推出。

　　TI重視的垂直市場(chǎng)是汽車。TI 通過Q100認(rèn)證的放大器系列，可支持工程師設(shè)計(jì)可靠、靈活的汽車系統(tǒng)，同時(shí)提高系統(tǒng)使用壽命、最大化效率并減少成本。

提供豐富的運(yùn)放

　　此次發(fā)布會(huì)，TI想傳遞的一個(gè)信息是，客戶無(wú)論需要何種放大器，滿足何種需求，他們都可以在TI的放大器產(chǎn)品線中找到。

　　那么，工程師如何從TI那里選擇合適的運(yùn)放?Amichai Ron稱：主要有三種方式。第一種方式，如果工程師知道他們所要選擇的運(yùn)算放大器的相關(guān)參數(shù)，可以在TI官網(wǎng)上，通過輸入相應(yīng)的參數(shù)，快速地找到合適的運(yùn)算放大器;第二種方式，工程師可以在TI官網(wǎng)上，通過查找相關(guān)應(yīng)用，從相應(yīng)的子系統(tǒng)參考電路中找到合適的放大器;第三種方式，也是TI為工程師們提供的非常便捷的搜索方式，工程師們可以在TI官網(wǎng)上通過搜索相應(yīng)的終端應(yīng)用，從TI針對(duì)該應(yīng)用提供的相應(yīng)參考設(shè)計(jì)中獲得合適的運(yùn)算放大器。

　　“放大器的發(fā)展旅程才剛剛開始，未來(lái)，我們會(huì)向市場(chǎng)推出更多、更好的放大器產(chǎn)品。”Amichai Ron指出。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第3期第84頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。