運(yùn)算放大器必知必會(huì):基本特性與設(shè)計(jì)因素須知

　　高精度運(yùn)算放大器的對(duì)應(yīng)用工程意義明了、毋庸贅敘，其設(shè)計(jì)工程的挑戰(zhàn)則比較特別;高精度運(yùn)放設(shè)計(jì)是專利集中的領(lǐng)域，很多電路方案和布線方案受到保護(hù);新設(shè)計(jì)要在保護(hù)和利用的原則下創(chuàng)新。圣邦的高精度運(yùn)放產(chǎn)品設(shè)計(jì)是業(yè)內(nèi)最新數(shù)據(jù)模型和部分創(chuàng)新的結(jié)合。

　　與在高精度測(cè)量放大系統(tǒng)中方案靈活多變不同，例如相關(guān)雙采樣方案、斬波調(diào)制放大方案和斬波跟蹤方案等等，高精度運(yùn)算放大器的實(shí)現(xiàn)方案局限于精密跟蹤補(bǔ)償和交替自穩(wěn)零兩類基礎(chǔ)方案。

　　參考圖5，交替自穩(wěn)零方案的原理與斬波跟蹤放大器類似。信號(hào)通道上的第一級(jí)被分為兩個(gè)幾何分布完全一致的兩組;除了切換瞬間，總有一組在通過信號(hào)，保證了信號(hào)是被近似連續(xù)傳送和放大的;自穩(wěn)零校準(zhǔn)則是交替進(jìn)行的。不在傳遞信號(hào)的一組的失調(diào)被饋入調(diào)零通道，調(diào)節(jié)偏置使失調(diào)為零。

　　圖5: 交替自穩(wěn)零的原理示意圖。

高電壓運(yùn)算放大器

　　在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或者類似惡劣條件的場(chǎng)合，采用可直接工作在較高電壓的運(yùn)放有利于提高可用率和執(zhí)行力。只是提高工作電壓對(duì)設(shè)計(jì)容限的改進(jìn)是有限的;事實(shí)上大多數(shù)早期的雙極型運(yùn)放可工作在較高電壓下，但不能在低電壓下工作。現(xiàn)代意義下的高壓運(yùn)放需要高適應(yīng)性，包括大動(dòng)態(tài)工作電壓范圍，滿幅輸入/輸出，抗高共模/差模和具備短期過壓寬限。以SGM8291為例，其工作電壓范圍是4.5V~36V，共模和差模均輸入允許到電源電壓，電源短期過壓可超過40V。

　　現(xiàn)代意義下的高壓運(yùn)放是一個(gè)較新的運(yùn)放品種，例如TI也只是在近期開始推廣其OPA171系列的高壓運(yùn)放。這些高壓運(yùn)放全部具有大動(dòng)態(tài)、低電流的特點(diǎn)，以JFET或CMOS作為輸入，普遍采用BCD混合結(jié)構(gòu);其特性優(yōu)勢(shì)是雙極型高壓運(yùn)放無法抗類比的。高壓運(yùn)放的結(jié)構(gòu)與低壓運(yùn)放的結(jié)構(gòu)不同，如輸入節(jié)要在大得多的共模電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的失調(diào)電壓，輸出節(jié)要承受大的柵-漏(或基-集)電壓。SGM8291在全電壓范圍內(nèi)失調(diào)不超過0.9mV并允許輸出長(zhǎng)期短路。

　　圖6用來解釋如何實(shí)現(xiàn)這些特性所需要的結(jié)構(gòu)差異的一個(gè)示意方案(此示意圖并不暗示圣邦使用了這一結(jié)構(gòu))。其中CC1~CC3恒流源需要利用雙極型的本征恒流特性穩(wěn)定輸入差分對(duì)的偏置;A采用CMOS取得高增益;T1、T2采用DMOS實(shí)現(xiàn)高耐壓。低壓運(yùn)放不需要這些組合。

　　圖6: 解釋高壓運(yùn)放結(jié)構(gòu)差異的示意圖。