運(yùn)算放大器：?jiǎn)瓮ǖ溃p通道抑或四通道(上)

　　歷史

　　Bob Widlar曾提出一個(gè)重要觀點(diǎn)，即集成電路(IC)的設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)該是比例和匹配，而不是電阻和晶體管的絕對(duì)值。這個(gè)原理同樣適用于需要多個(gè)運(yùn)算放大器的PCB(印制電路板)設(shè)計(jì)。

　　雙通道運(yùn)放真的是兩運(yùn)放，還是一硅片具備兩功能?

　　人們常常認(rèn)為雙通道運(yùn)放等同于兩個(gè)單通道運(yùn)放，但在電路板上，單片雙通道IC與兩個(gè)單通道IC之間還是存在一些細(xì)微差別，這些差別可能會(huì)給新的設(shè)計(jì)帶來問題。由于兩個(gè)運(yùn)放在相同的單個(gè)硅片上并排放置，因此在使用雙通道放大器時(shí)需要考慮電氣和散熱因素。

　　業(yè)界研究熱效應(yīng)已經(jīng)有30多年的歷史了，并且在Solomon引用的一篇前50強(qiáng)IEEE論文有詳細(xì)的論述 [1]。隨著運(yùn)放輸出電壓的改變，散熱量也隨之改變，會(huì)有一個(gè)熱波穿過整個(gè)芯片傳播到輸入級(jí)，使芯片失去平衡，并表現(xiàn)為一種電氣信號(hào)。熱波能夠同時(shí)影響兩個(gè)運(yùn)放，即使它們?cè)陔姎馍鲜欠珠_的。

　　另外還有電氣效應(yīng)。為了減小裸片尺寸，進(jìn)而降低成本，像偏置電路和相關(guān)啟動(dòng)電路等部分可能為兩個(gè)運(yùn)放所共享。如果一個(gè)運(yùn)放超出了正常工作范圍，并導(dǎo)致偏置電路出現(xiàn)故障，那么另一個(gè)運(yùn)放也會(huì)發(fā)生故障 [2]。另外，由于只有一對(duì)電源引腳，邦定線和裸片上的一些金屬化層將承載兩個(gè)運(yùn)放的總電流。一個(gè)放大器吸收的電流將產(chǎn)生IR壓降，并通過隨頻率改變的PSRR指標(biāo)反映到另一個(gè)運(yùn)放上。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　任何事物都不可能十全十美，因此使用雙通道運(yùn)放既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。有些優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。首先，單次插入比兩次插入更省制造成本。其次，大多數(shù)半導(dǎo)體制造商的雙通道運(yùn)放報(bào)價(jià)通常要低于兩個(gè)單通道運(yùn)放的成本。通過合并子電路，裸片面積通常小于單通道運(yùn)放的兩倍。再者，高速自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備(ATE)受類似運(yùn)放這樣的單個(gè)功能的處理時(shí)間的限制，因此每個(gè)功能的測(cè)試成本也更低。在封裝成本方面也是如此。最后，由于兩個(gè)電路在晶圓上靠得非常近，它們之間的電氣特性 (通常會(huì)規(guī)定)也非常匹配。

　　缺點(diǎn)

　　不過也存在一些缺點(diǎn)。將兩個(gè)或四個(gè)功能放在一個(gè)封裝中會(huì)增加功耗。對(duì)于低帶寬、低電壓(低功耗)運(yùn)放來說，這種功耗的增加對(duì)結(jié)溫的影響很小，僅上升5℃。而對(duì)驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載(如同軸電纜)的高速運(yùn)放而言，這種結(jié)溫上升會(huì)非常明顯，大概有30℃。由于裸片應(yīng)力原因，四通道運(yùn)放的最大失調(diào)電壓將高于雙通道或單通道運(yùn)放[3]。在某些情況下，雙通道運(yùn)放的失調(diào)電壓會(huì)比單通道運(yùn)放高，四通道運(yùn)放的失調(diào)電壓將比雙通道運(yùn)放高[4]。

　　串?dāng)_也是個(gè)問題，它源自兩個(gè)效應(yīng)：熱效應(yīng)和電氣效應(yīng)。如前所述，從一個(gè)部分發(fā)出的熱波將使另一個(gè)部分的輸入級(jí)失去平衡，這表現(xiàn)為低頻反饋。另外，由于只有一對(duì)電源引腳，邦定線電阻對(duì)所有部分都是公共的，因此一個(gè)部分引起的大負(fù)載電流將在邦定線上造成IR壓降。運(yùn)放的PSRR不是無限的，因此某部分將被耦合到其它部分。PSRR隨頻率升高而下降，因此在約5kHz至10kHz頻段可以看到這一現(xiàn)象。

　　版圖設(shè)計(jì)考慮

　　為了真正理解這些效應(yīng)發(fā)生的原因，有必要了解單通道、雙通道和四通道運(yùn)放的內(nèi)部構(gòu)造。