運(yùn)算放大器技術(shù)幾大趨勢(shì)

1、<p>　　運(yùn)算放大器技術(shù)幾大趨勢(shì)</p><p>　　事實(shí)上，目前運(yùn)算放大器顯示著前所未有的良好勢(shì)頭。而且，在未來(lái)幾年內(nèi)，分立元件運(yùn)算放大器的發(fā)展勢(shì)頭將更為迅猛。 </p><p>　　雖然早先有關(guān)“分立元件運(yùn)算放大器產(chǎn)品將與其它產(chǎn)品進(jìn)行更高級(jí)別的集成或其市場(chǎng)將有所收縮”這一預(yù)言令人憂心忡忡，但這類產(chǎn)品仍舊保持著勃勃生機(jī)?！　∈聦?shí)上，目前運(yùn)算放大器顯示著前所未有的良好勢(shì)頭。

2、而且，在未來(lái)幾年內(nèi)，分立元件運(yùn)算放大器的發(fā)展勢(shì)頭將更為迅猛?！　≡谶^(guò)去的 20 年里，推動(dòng)運(yùn)算放大器發(fā)展的三大顯著趨勢(shì)已經(jīng)浮出水面，這些趨勢(shì)分別是：給定功率下的速度、封裝尺寸和更低的供電電壓。目前，我還未發(fā)現(xiàn)背離這些趨勢(shì)的現(xiàn)象。但是，就封裝尺寸而言，由于板面面積已經(jīng)非常小，我們幾乎已經(jīng)到達(dá)極限。 </p><p>　　分立元件運(yùn)算放大器推動(dòng)未來(lái)技術(shù)快速革新</p><p>　　新型技

3、術(shù)誕生時(shí)，我們通常能夠?yàn)檫\(yùn)算放大器產(chǎn)品找到多種機(jī)遇。例如，十年前，在蜂窩手機(jī)市場(chǎng)剛剛興起時(shí)，分立元件運(yùn)算放大器已在手機(jī)中廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)芯片集或多或少存在通用性較差、設(shè)計(jì)上有缺陷的問(wèn)題。運(yùn)算放大器是系統(tǒng)關(guān)鍵部件的不可或缺之物，很多情況下，它還是修改 ASIC 設(shè)計(jì)缺陷的必備利器?！　‰S著系統(tǒng)日趨成熟并且日趨完善，以及 ASIC 相關(guān)問(wèn)題的逐步減少，運(yùn)算放大器的使用也因此有所降低。當(dāng)然，運(yùn)算放大器并未完全退出市場(chǎng)，因?yàn)橹圃焐淌冀K在絞盡腦

4、汁為他們的電話添加 ASIC 所不具備的新特性。 　　顯然，運(yùn)算放大器在支持未來(lái)技術(shù)方面扮演著非常重要的角色。這促使該行業(yè)為用戶描繪這項(xiàng)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展藍(lán)圖，從而為一些復(fù)雜的信號(hào)調(diào)節(jié)問(wèn)題提供解決方案。而究竟該如何描繪未來(lái)的藍(lán)圖，如何使這些愿景作用于市場(chǎng)呢？我認(rèn)為，當(dāng)前已呈現(xiàn)出幾種明顯的技術(shù)趨勢(shì)，這些技術(shù)趨勢(shì)將推動(dòng)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新。 </p><p>　　小型封裝　　新型芯片級(jí)封裝僅限于大批量生產(chǎn)中 P

5、C 主板焊盤間距接近 0.4 毫米時(shí)的情況。使用芯片級(jí)封裝的四信道運(yùn)算放大器仍舊不具備成本優(yōu)勢(shì)，但隨著接點(diǎn)間距降低，這類運(yùn)算放大器將日益受到人們的青睞?！　∪缃瘢\(yùn)算放大器外部用于設(shè)定增益的電阻占據(jù)的主機(jī)板面積要比運(yùn)算放大器本身需要的面積更大。為了減小主板面積，接下來(lái)的工作便是集成電阻器以及其它功能模塊，但這又降低了設(shè)計(jì)的靈活性?！　〕朔庋b尺寸，還可從其它方面入手，以改善封裝技術(shù)。寄生電容、電感系數(shù)、漏電流與熱阻抗的降低，串音

6、的改善以及較低的裝配飄移 (assembly shift)，都將推動(dòng)未來(lái)運(yùn)算放大器封裝技術(shù)的發(fā)展。 </p><p>　　性能：給定功率下的速度　　運(yùn)算放大器中，速度被定義為小信號(hào)的增益帶寬積 (GBW) 以及大信號(hào)的壓擺率。例如，2Vp-p 視頻信號(hào)被視為大信號(hào)，而駐級(jí)體麥克風(fēng) 20mVp-p 的輸出信號(hào)則被視為小信號(hào)。20 世紀(jì) 60 年代，當(dāng)?shù)谝豢钸\(yùn)算放大器面世時(shí)，速度 /功率比約為 0.1 MHz/毫

7、安。如今，運(yùn)算放大器在每毫安供應(yīng)電流下實(shí)現(xiàn)超過(guò) 100 MHz的帶寬 已不足為奇。這種速度的提升很大部分應(yīng)歸功于小尺寸工藝技術(shù)，例如垂直 PNP以及硅絕緣體 (SOI) 技術(shù)的應(yīng)用。電流反饋架構(gòu)也有助于高速運(yùn)算放大器針對(duì)給定消耗電流提升其帶寬性能。然而，其中部分性能增益是以犧牲最大供電電壓為代價(jià)的。 　　這些年來(lái)，我還發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)范要求在給定帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)功耗最低。在這些情況下，輸出級(jí)（運(yùn)算放大器絕大部分的電流消耗在這里）對(duì)偏置電流需

8、求極大，在保證不振蕩的情況下，運(yùn)算放大器幾乎無(wú)法驅(qū)動(dòng)一個(gè) 10pF的示波器探頭。一個(gè)運(yùn)算放大器應(yīng)在100pF電容負(fù)載下保持穩(wěn)定，最小也應(yīng)為200pF。工程師較為青睞那些方便設(shè)計(jì)、工作穩(wěn)定的產(chǎn)品（在低電容負(fù)載下也不會(huì)振蕩）。 </p><p>　　更低的供電電壓　　市場(chǎng)中可容忍較低信噪比的一部分產(chǎn)品將因此能夠適應(yīng)供電電壓的降低。而無(wú)法容忍較低信噪比的那部分產(chǎn)品則仍需維持高供電軌。要在較低的供電環(huán)境中維持信噪比，

9、則必須降低噪聲電平(noise floor)?！　∥磥?lái)的技術(shù)需要解決1/f 噪聲以及平帶噪聲問(wèn)題。供電電壓約為2V時(shí)，實(shí)現(xiàn)給定信噪比所需的功率實(shí)際上會(huì)更高，由此構(gòu)建了一個(gè)下限 。在較低電壓環(huán)境下，已沒(méi)有任何剩余空間可從級(jí)聯(lián)中獲得額外增益，因此通過(guò)增加級(jí)數(shù)便可獲得增益并消耗多余的能量。 　　同時(shí)，我們也無(wú)法忽視這樣的事實(shí)：運(yùn)算放大器既作為輸入信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備又作為輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)到真實(shí)世界的連接。在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，部分運(yùn)算

10、放大器仍需在30 V或更高的供應(yīng)電壓、出色的功耗以及減小布局空間方面實(shí)現(xiàn)更多改進(jìn)。為滿足這些應(yīng)用，先進(jìn)的工藝及封裝技術(shù)至關(guān)重要。 </p><p>　　精密運(yùn)算放大器正日益風(fēng)靡于眾多市場(chǎng)　　精密運(yùn)放會(huì)向著更低工作電壓、更低功耗和小型封裝發(fā)展。由于將精密運(yùn)算放大器集成到 ASIC 中不僅相當(dāng)困難而且也不經(jīng)濟(jì)，因此這類產(chǎn)品獲得了更多發(fā)展機(jī)遇。 　　 盡管運(yùn)算放大器市場(chǎng)呈現(xiàn)出上述諸種趨勢(shì)，毋庸置疑的是

11、，“萬(wàn)能”或“完美”型運(yùn)算放大器將永遠(yuǎn)只是“空中樓閣”。即使“完美”型運(yùn)算放大器幸運(yùn)誕生，其價(jià)格之昂貴也足以令人望而卻步，并且用戶還會(huì)覺(jué)得“他們并不需要購(gòu)買這樣的產(chǎn)品”。工程師需要解決的應(yīng)用難題每年都在持續(xù)增加，而大量的運(yùn)算放大器則需要用來(lái)解決這類難題?？筛鶕?jù)不同電壓進(jìn)行擴(kuò)展的模塊化技術(shù)，能夠在解決這類問(wèn)題的及時(shí)解決方案中發(fā)揮重要作用。此外，還需提供先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具和應(yīng)用支持，以解決信號(hào)路徑問(wèn)題，從而滿足不斷增加的市場(chǎng)需求?！　‰娮釉O(shè)