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现代专用运算放大器
 

【作者: Anthony Dimalanta】2016年11月29日 星期二

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任何制造商的运算放大器的典型清单包含几十个,有时是数百个元件。对电子设计人员的要求不断演变,现今数量众多的运算放大器显示了它们的多元面貌。优先给定的规格总会导致其他规格的折衷。例如,高速运算放大器通常会比频宽较低的放大器消耗更多功率。这种微妙的平衡是没有「完美」的运算放大器存在的原因;每种应用有其自身的要求。


不难理解,过去70多年间运算放大器已然存在,而这些要求催生了诸多元件。但是,如果交叉参照一些制造商,能发现4种常见而广泛的运算放大器类别:通用、高速、精密、低功耗。检视这些类别可让我们知道当今设计人员正在寻求哪一种运算放大器。


所有运算放大器的目标是在以下这些领域实现好的性能:开回路增益、共模抑制、电源抑制。每种应用还有它的一套电源电压和输入及输出动态范围要求。在关键领域所增强的性能造就了高度专业化的运算放大器类别。=50 MHz),而精密和低功耗運算放大器分別主攻低偏移("一般而言,高速运算放大器会专注于宽的频宽(=50 MHz),而精密和低功耗运算放大器分别主攻低偏移(


高速运算放大器拥有高频宽和快速转换率。这些通常用来驱动高速类比–数位转换器。这些元件如名称所示,应用在需要极快速采样类比讯号的地方。现代通讯系统和影音都使用高速元件。制造这些元件所采用的一些技术导致了运算放大器组成元件中电源电流的升高或元件尺寸变大。高速运算放大器往往产生更多静态电流,但可驱动更多的输出电流以保持高转换率。


精密运算放大器包括低偏移电压和低偏移温漂的元件。这些元件采用自动归零技术,其中一个单独的放大器用于抵消主放大器的固有偏移。结果大量减少了偏移,从单毫伏范围到几十微伏或更小。许多回馈控制和功率监测系统得益于偏移电压所降低的误差。这项好处的代价则是自动归零电路的消耗功率增加。许多最低偏移的放大器也使低频宽偏向直流应用。


低功耗运算放大器源于为电子产品增加能效的要求而产生。这些运算放大器的设计始于低功耗的考虑。这也支援更小的封装用于空间受限的设计。由于制造商技术的改进,许多低功耗运算放大器已经不用牺牲太多性能。然而,随着功耗要求降低,权衡变得与高速运算放大器相悖:更低的静态电流,伴随着降低的电压转换速率和输出驱动电流。


现代运算放大器的另一趋势是这些元件中很多都不是严格意义上的运算放大器。过去许多外置元件的运算放大器应用现在完全整合在一个晶片上或共同封装在一起。设计人员不再需要考虑各个元件的变化,因为现代制造使得很多性能都可以预测。当今多数的运算放大器是内部补偿,也就是定义了频率回应和增益频宽。如我们今日所知,电流检测、仪表、差动放大器是在运算放大器范围内的一些应用电路。它们也往往被归类在先前所提及的放大器类别之一。例如,电流检测和仪表放大器通常是精密产品。


运算放大器理所当然地作为类比电子产品中的关键构建模组。它们仍然担当此作用,但技术创新已使运算放大器能超越一个商品元件所具有的性能。安森美半导体的专利元件包括精密NCS325/NCS333、低功耗NCS20062/82/92、高转换率NCS2003/NCS20072,和即将推出的电流检测NCS210和NCS401。设计人员正不断地寻求整合更多功能,制造商期待藉由更好的技术和设计解决这些问题,从而产生表面看似传统,但却是独特、高度专业化的运算放大器产品。


(本文作者Anthony Dimalanta为安森美半导体应用工程师)


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