運(yùn)算放大器--單通道、雙通道、四通道優(yōu)缺點(diǎn)及結(jié)構(gòu)

　　封裝引腳輸出

　　圖1中的版圖對(duì)單通道運(yùn)放來(lái)說(shuō)完全沒(méi)有問(wèn)題，但對(duì)雙通道運(yùn)放來(lái)說(shuō)問(wèn)題就出現(xiàn)了。雙通道運(yùn)放的標(biāo)準(zhǔn)引腳輸出如圖2所示。

　　圖3是雙通道運(yùn)放在晶體管級(jí)的一種可能的底層規(guī)劃圖。這里有個(gè)問(wèn)題：通道B的輸出必須越過(guò)輸入線(xiàn)才能到達(dá)引腳7。在很早以前，雙極性模擬工藝還是采用的單層金屬化工藝，必須使用穿接(cross-under)方法，因此對(duì)性能會(huì)有影響。

　　圖3是一個(gè)很好的雙通道運(yùn)放版圖。輸入級(jí)非?？拷闫行?，因此機(jī)械應(yīng)力梯度最小。從一個(gè)輸出級(jí)到另一個(gè)輸入級(jí)的距離要大于另一種版圖。從輸出級(jí)到兩個(gè)輸入級(jí)的等溫線(xiàn)近似等距的并行線(xiàn)，因此交叉耦合輸入級(jí)四通道運(yùn)放的抑制能力很強(qiáng)。這種版圖的主要缺點(diǎn)是，輸出B必須跨越兩個(gè)輸入級(jí)才能到達(dá)輸出焊盤(pán)。從輸出金屬化到同相輸入金屬化的任何電容都將導(dǎo)致正反饋。這對(duì)幾年前的單層金屬化(SLM)工藝來(lái)說(shuō)問(wèn)題比較麻煩，不過(guò)通過(guò)這些運(yùn)放的低增益帶寬已經(jīng)有所改善。這種版圖具有良好的散熱性能，但是，在規(guī)劃同一產(chǎn)品系列中的四通道版本時(shí)又會(huì)遇到問(wèn)題。 雙通道版圖還有另外一種選擇，如圖4。在一個(gè)產(chǎn)品系列中要規(guī)劃四通道產(chǎn)品時(shí)可以采用這種版圖，因?yàn)檫@種版圖可以被復(fù)制，再經(jīng)垂直翻轉(zhuǎn)就能快速生成四通道版圖。輸入和輸出相當(dāng)靠近正確的封裝引腳。四通道運(yùn)放的標(biāo)準(zhǔn)引腳輸出如圖5所示。

　　這種版圖存在幾個(gè)微妙的問(wèn)題：(1)輸入級(jí)不在裸片中心，而裸片中心是最低的機(jī)械應(yīng)力梯度點(diǎn)，具有最小的失調(diào)電壓;(2)從輸出級(jí)到輸入級(jí)的距離不夠遠(yuǎn);(3)從一個(gè)輸出級(jí)到另外一個(gè)輸入級(jí)的熱波將使等溫線(xiàn)變成曲線(xiàn)，因而無(wú)法被交叉耦合的輸入對(duì)完全抑制，并造成從一個(gè)通道至另一個(gè)通道的串?dāng)_。

　　這些問(wèn)題使設(shè)計(jì)師處于兩難境地：對(duì)雙通道運(yùn)放來(lái)說(shuō)最優(yōu)的版圖對(duì)四通道運(yùn)放而言不是最優(yōu)的。每個(gè)單通道、雙通道或四通道運(yùn)放的單個(gè)版圖可以從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，但考慮到上市時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)過(guò)程是要盡可能多地重復(fù)利用某個(gè)設(shè)計(jì)。當(dāng)某個(gè)產(chǎn)品系列中只需要單通道或雙通道運(yùn)放時(shí)，雙通道的版圖通常是最優(yōu)的。有趣的是，將圖3進(jìn)行水平翻轉(zhuǎn)可以得到同樣的四通道版圖，因此與版圖設(shè)計(jì)合理的雙通道或單通道運(yùn)放相比，四通道運(yùn)放性能指標(biāo)會(huì)較差。

　　幾年前，有個(gè)制造商做出了指標(biāo)非常好的四通道運(yùn)放。秘訣是使用了一個(gè)特殊的引腳框，可接受兩個(gè)雙裸片，即混合器件或多芯片模塊(MCM)。這種產(chǎn)品需要在內(nèi)部完成裝配，或與外部裝配工廠(chǎng)進(jìn)行緊密合作。最終的良品率近似等于各個(gè)裸片良品率的乘積。例如，如果裸片良品率是99%，那么最終良品率將是0.99×0.99 = 98.01%，這是完全可以接受的。另一方面，如果裸片良品率為90%，對(duì)于規(guī)格要求很?chē)?yán)的器件來(lái)說(shuō)這是很有可能的，那么總的良品率將是0.9×0.9 = 81%。

　　2009年12月曾有人展開(kāi)過(guò)一項(xiàng)研究，通過(guò)五家半導(dǎo)體公司的網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)單通道、雙通道和四通道產(chǎn)品種類(lèi)的 數(shù)量。調(diào)研結(jié)果如下：

　　單通道： 598，占 39.7%

　　雙通道： 556，占37%

　　四通道： 350，占 23.3%

　　這里包括了大批量應(yīng)用運(yùn)放、音頻放大器、高速、帶有或不帶有關(guān)斷引腳的器件(算作兩種)以及單位增益穩(wěn)定和非完全補(bǔ)償器件，在精密應(yīng)用領(lǐng)域，如低失調(diào)電壓或低噪聲，總數(shù)會(huì)向單通道和雙通道傾斜