運算放大器必知必會:基本特性與設計因素須知

　　高精度運算放大器的對應用工程意義明了、毋庸贅敘，其設計工程的挑戰(zhàn)則比較特別;高精度運放設計是專利集中的領域，很多電路方案和布線方案受到保護;新設計要在保護和利用的原則下創(chuàng)新。圣邦的高精度運放產(chǎn)品設計是業(yè)內(nèi)最新數(shù)據(jù)模型和部分創(chuàng)新的結合。

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

　　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。信號通道上的第一級被分為兩個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，保證了信號是被近似連續(xù)傳送和放大的;自穩(wěn)零校準則是交替進行的。不在傳遞信號的一組的失調(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。

高電壓運算放大器

　　在工業(yè)現(xiàn)場或者類似惡劣條件的場合，采用可直接工作在較高電壓的運放有利于提高可用率和執(zhí)行力。只是提高工作電壓對設計容限的改進是有限的;事實上大多數(shù)早期的雙極型運放可工作在較高電壓下，但不能在低電壓下工作?，F(xiàn)代意義下的高壓運放需要高適應性，包括大動態(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)代意義下的高壓運放是一個較新的運放品種，例如TI也只是在近期開始推廣其OPA171系列的高壓運放。這些高壓運放全部具有大動態(tài)、低電流的特點，以JFET或CMOS作為輸入，普遍采用BCD混合結構;其特性優(yōu)勢是雙極型高壓運放無法抗類比的。高壓運放的結構與低壓運放的結構不同，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并允許輸出長期短路。

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

　　圖6: 解釋高壓運放結構差異的示意圖。