精密運算放大器技術(shù)特點及應(yīng)用情況分析

傳統(tǒng)的低噪聲精密運放用雙極(Bipolar)技術(shù)來設(shè)計，隨著現(xiàn)有的很多產(chǎn)品采用電池供電，低功耗設(shè)計越來越重要，傳統(tǒng)的精密運放在功耗和軌對軌(rail to rail)輸出特性已不能滿足市場的需要，而且傳統(tǒng)的精密運放還有一個致命的缺點就是需要負(fù)電源供電，這在很多產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計中是不能容忍的。因而市場呼喚低功耗、低噪聲、高速大帶寬、軌對軌輸出特性的精密運放，于是CMOS設(shè)計技術(shù)成為首選，相關(guān)高精密運算放大器應(yīng)運而生。

隨著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越向下述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)字域?qū)π盘栠M行處理，比如信號的濾波、調(diào)制與解調(diào)、算法處理等等，以前用硬件實現(xiàn)的功能大量使用軟件去代替，這種結(jié)構(gòu)極大地節(jié)省了硬件成本，但是它對前級的運放提出了很高的要求。我們知道一個系統(tǒng)輸入級的噪聲性能往往決定了一個系統(tǒng)的設(shè)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(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點，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(yīng)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(yīng)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(shè)計的運算放大器和雙極技術(shù)相比，具有更大的失調(diào)電壓和大的低頻噪聲，為了達到傳感器系統(tǒng)設(shè)計需要的性能指標(biāo)，CMOS設(shè)計技術(shù)需要在電路上進行特別的處理，比如自動調(diào)零(AutoZero)技術(shù)、相關(guān)雙采樣(CDS)技術(shù)、斬波(Chopping)穩(wěn)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(qū)動能力，5V供電在100mA負(fù)載下，VOH可達4.73V，VOL為0.24V，超強輸出驅(qū)動能力的特點使SGM8922在很多應(yīng)用上表現(xiàn)出色。比如它可以作為應(yīng)變壓力傳感器的激勵源，電路如圖2所示。在此類傳感器的恒流激勵中，恒流源電流大小為，Vref為一個基準(zhǔn)源，用戶可以用傳統(tǒng)的基準(zhǔn)源IC即可產(chǎn)生，例如431等。

圖2：采用SGM8922實現(xiàn)應(yīng)變壓力傳感器的激勵源。

由于其出色的大驅(qū)動能力和軌對軌輸出特性，SGM8922還可以作為