運算放大器是典型的模擬集成電路。可以說有了運算放大器才算有了模擬集成電路、其曆史也就是模擬集成電路的曆史。運算放大器的設計開發不像其外特性那樣直觀明了
；外特性有細微差異的運算放大器內部差異之巨大也往往出乎意料之外；投入資源開發有細微差異的運放是工程需求
、工程需求背後的商業利益追求、以及知識產權創新的需要。

微功耗運算放大器

大幅度地減少功耗對應用設計帶來的影響不止是節能。如果平均功率需要從mA量級下降到了μA量級甚至μA以下
，則供電方案可以有很大不同，使一些原本不方便
、不能實現的應用得以實現。例如圖1所示的電源電路可以驅動一個以微功耗運算放大器為檢測部分、配pei合he儲chu能neng和he間jian歇xie執zhi行xing部bu分fen的de電dian路lu
，利li用yong單dan條tiao電dian源yuan線xian的de控kong製zhi負fu載zai。一yi些xie電dian源yuan開kai關guan盒he中zhong實shi際ji上shang隻zhi是shi一yi條tiao線xian路lu
，對dui這zhe些xie開kai關guan升sheng級ji，例li如ru升sheng級ji成cheng遙yao控kong調tiao光guang或huo者zhe接jie近jin開kai關guan時shi需xu要yao為wei控kong製zhi電dian路lu供gong電dian。負fu載zai沒mei有you接jie通tong時shi，通tong過guo允yun許xu流liu過guo微wei量liang電dian流liu供gong電dian。如ru果guo這zhe個ge電dian流liu較jiao大da，會hui導dao致zhi負fu載zai部bu分fen啟qi動dong或huo間jian歇xie啟qi動dong；對於輕負載，例如3~5W發光二極管燈尤為顯著。實際工程案例利用SGM8041的微功耗特性解決了這一問題。
圖1所示的電路設計工作在交流電的電壓範圍內，但其元件中隻有R(以及執行部件和電流互感器T的原副邊之間)承受較高電壓，其餘元件耐壓均以參考齊納管的擊穿電壓為參考。電流互感器T用於在較大功率負載的應用
，在接通期間給控製電路供電；如果負載較小，接通期間也可以通過延遲開啟角度取得一定的電壓差給控製電路供電。

低功耗產品已很普及
，如常用的TLC27L和MCP6041；後者靜態電流僅600nA。SGM8141/2為更為極端的微功耗運算器產品
，其靜態電流僅為350nA，Voffset則控製在最大不超過2.5mV。利用SGM8141/2可以在係統深度休眠時提供連續參數監測，用於喚醒或者異常觸發。也用於信號自供電或利用能量收集(例如震動

、熱和光)的設計中。

微(wei)功(gong)耗(hao)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)設(she)計(ji)的(de)挑(tiao)戰(zhan)在(zai)於(yu)
，如(ru)何(he)利(li)用(yong)盡(jin)可(ke)能(neng)少(shao)的(de)電(dian)路(lu)實(shi)現(xian)在(zai)全(quan)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)內(nei)保(bao)持(chi)小(xiao)而(er)穩(wen)定(ding)的(de)失(shi)調(tiao)電(dian)壓(ya)。微(wei)功(gong)耗(hao)運(yun)放(fang)無(wu)法(fa)利(li)用(yong)複(fu)雜(za)電(dian)路(lu)對(dui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)補(bu)償(chang)和(he)嚴(yan)格(ge)根(gen)據(ju)共(gong)模(mo)鎖(suo)定(ding)輸(shu)入(ru)節(jie)的(de)偏(pian)置(zhi)，失(shi)調(tiao)補(bu)償(chang)依(yi)賴(lai)於(yu)參(can)數(shu)補(bu)償(chang)設(she)計(ji)和(he)精(jing)細(xi)的(de)版(ban)圖(tu)設(she)計(ji)。圖(tu)2是聖邦微功耗運放產品的失調電壓分布統計。 [page]
微功耗比較器

bijiaoqishichangtaichuyuleibaohetaidemonijichengdianlu，jinzaibijiaoyuzhifujinyigeweixiaodequjianbiaoxianweixianxing。wulunzaigaosuchanghehaishidisuchanghe
，duibijiaoqidexuyaochangbeihushihewujie。xianshizhongbufabafangdaqidangzuobijiaoqishiyongdechenggonggongchenganli
，zhenshidifanyingleduibijiaoqidexuqiudebianhua。bijiaoqiwulunshicanshuyouhuahaishishijijiegoushixiandougenyunsuanfangdaqibutong
；比較器在輸出翻轉前或者後的傳輸增益要小，以防止自激
；觸發翻轉後的上升或者下降沿不受前級的爬升率的影響。

傳統工程上對比較器的需要大都被取代或者弱化
，如快速渡過邏輯器件的邏輯模糊區、精確幅度甄別和抑製在甄別閾值附近的不定狀態輸出等。主要因為ADC的普及使用和邏輯I/O的設計改進
；無論是在邏輯I/O電路中還是利用運放的輕度正反饋滯回
，都可以有效避免邏輯不確定性，而定時抖動特性一直不是比較器的強項。

新(xin)設(she)計(ji)改(gai)進(jin)重(zhong)點(dian)在(zai)於(yu)減(jian)少(shao)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)耗(hao)電(dian)。微(wei)功(gong)耗(hao)運(yun)放(fang)用(yong)作(zuo)比(bi)較(jiao)器(qi)時(shi)在(zai)飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)有(you)所(suo)增(zeng)加(jia)，退(tui)出(chu)飽(bao)和(he)需(xu)要(yao)較(jiao)長(chang)時(shi)間(jian)，比(bi)較(jiao)器(qi)則(ze)沒(mei)有(you)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)。如(ru)圖(tu)3所示，SGM8701係列微功耗的工作電流穩定在300nA附近的極低水平。
極低功耗比較器可以用於需要潛伏或深度睡眠狀態的應用，例如在待機期間持續監測電池電壓和連續監視等待喚醒呼叫等。

無交越失真運算放大器

與BTL和C類放大器的交越失真概念不同

，無交越失真運放是相對於有輸入結構相關交越失真的滿幅輸入CMOS運放提出的。CMOS運算放大器具有輸入阻抗高、工作電流低、易yi實shi現xian滿man幅fu輸shu出chu和he不bu需xu要yao區qu別bie單dan雙shuang電dian源yuan設she計ji等deng突tu出chu優you點dian，但dan是shi其qi輸shu入ru部bu分fen柵zha極ji與yu源yuan極ji之zhi間jian需xu要yao較jiao大da壓ya差cha，共gong模mo輸shu入ru電dian壓ya範fan圍wei小xiao，限xian製zhi了le低di工gong作zuo電dian壓ya使shi用yong。如ru圖tu4所示的互補雙差分對結構被用於CMOSyunfangyiyunxumanfushuru。zhezhonghubushuangchafenduijiegoubaozhengwulungongmodianyashijiejinzhengdianyuan
，haishijiejinfudianyuan，zhishaoyouyigechafenduikeyigongzuo。gongchengxianshiwufabaozhengzhelianggechafenduiyouwanquanyizhideshitiaodianya。shurugongmodianyabianhuashihubushuangchafenduijiaotigongzuoyinqishuruxiangguanjiaoyueshizhen。 [page]
輸入相關交越失真僅發生在同相放大應用，如需要高輸入阻抗放大器的駐極體輸出緩衝、壓電換能器的輸出緩衝、PT/CT電量傳感器輸出的緩衝和電位差計輸出緩衝等。交越失真生成寄生頻譜
，或產生虛假微擾動。SGM8942成功地應用於微弧檢測、瞬時功率因數測量和電化學擴散電勢檢測等對微擾敏感的應用中。

從本征特性看

，CMOSFET的穩定性和噪聲特性，尤其是1/f噪聲，以及響應速度均不及雙極型晶體管
；但其高輸入阻抗、低偏置電流、低耗電和結構緊湊等優勢雙極型器件難以企及。CMOS產品出現以來


，改善其噪聲、穩定性和速度的努力從來沒有中斷過。除了少數特別的應用場合，CMOS運放已取代了雙極型運放成為主力。例如SGM8551係列高精度運放可保證小於20μV的失調電壓和小於20nV/°的溫漂
，各方麵都超過了傳統的高精度運放，例如OP07，以及同類的LMV2011。SGM8551已成功用於6位半精度的過程校驗儀表。

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新。聖邦的高精度運放產品設計是業內最新數據模型和部分創新的結合。

與在高精度測量放大係統中方案靈活多變不同

，例如相關雙采樣方案、斬波調製放大方案和斬波跟蹤方案等等，高精度運算放大器的實現方案局限於精密跟蹤補償和交替自穩零兩類基礎方案。

參考圖5，交替自穩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傳送和放大的；自穩零校準則是交替進行的。不在傳遞信號的一組的失調被饋入調零通道
，調節偏置使失調為零。
高電壓運算放大器

zaigongyexianchanghuozheleisielietiaojiandechanghe
，caiyongkezhijiegongzuozaijiaogaodianyadeyunfangyouliyutigaokeyonglvhezhixingli。zhishitigaogongzuodianyaduishejirongxiandegaijinshiyouxiande
；shishishangdaduoshuzaoqideshuangjixingyunfangkegongzuozaijiaogaodianyaxia，danbunengzaididianyaxiagongzuo。xiandaiyiyixiadegaoyayunfangxuyaogaoshiyingxing
，baokuodadongtaigongzuodianyafanwei，manfushuru/輸出，抗高共模/差模和具備短期過壓寬限。以SGM8291為例，其工作電壓範圍是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。

現代意義下的高壓運放是一個較新的運放品種，例如TI也隻是在近期開始推廣其OPA171係列的高壓運放。這些高壓運放全部具有大動態、低電流的特點
，以JFET或CMOS作為輸入，普遍采用BCD混合結構；其qi特te性xing優you勢shi是shi雙shuang極ji型xing高gao壓ya運yun放fang無wu法fa抗kang類lei比bi的de。高gao壓ya運yun放fang的de結jie構gou與yu低di壓ya運yun放fang的de結jie構gou不bu同tong，如ru輸shu入ru節jie要yao在zai大da得de多duo的de共gong模mo電dian壓ya範fan圍wei內nei保bao持chi穩wen定ding的de失shi調tiao電dian壓ya
，輸shu出chu節jie要yao承cheng受shou大da的de柵zha-漏(或基-集)電壓。SGM8291在全電壓範圍內失調不超過0.9mV並允許輸出長期短路。
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圖6用來解釋如何實現這些特性所需要的結構差異的一個示意方案(此示意圖並不暗示聖邦使用了這一結構)。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實現高耐壓。低壓運放不需要這些組合。
開發高壓運放、wanshangongyechanpinliandeshehuiyiyidayukaifazhedezhijiejingjiyiyi。jinguangaoyayunfangduigongyeyingyonglaijiangshibukehuoquede
，danshijishang，qiyingyongkongjianbeidiyajiegouxitongbuduanjizhan。qiyishiyinweizaidaduoxitongzhongxinhaozuizhongbeikuisongdaohuozhezuichulaizidiyadeshuzichulidianlu


，diyaxitongyijubeixitongjigaoshejirongxian
；其二是外圍電路改進可利用低壓電路取得類似高壓器件的容限，分享低壓元件選擇性大
、供應量好和價格低的紅利。但是有些應用場景注定需要高壓運放
，圖7示意了在輸入側和輸出側適合使用高壓運放的若幹情況。
本文小結

半導體集成運算放大器從60年(nian)代(dai)開(kai)發(fa)麵(mian)市(shi)，曆(li)經(jing)半(ban)百(bai)滄(cang)桑(sang)到(dao)今(jin)天(tian)還(hai)能(neng)見(jian)到(dao)不(bu)斷(duan)有(you)新(xin)的(de)產(chan)品(pin)推(tui)出(chu)，見(jian)證(zheng)了(le)人(ren)類(lei)對(dui)自(zi)然(ran)深(shen)入(ru)探(tan)究(jiu)和(he)提(ti)升(sheng)自(zi)我(wo)的(de)不(bu)斷(duan)追(zhui)求(qiu)。近(jin)些(xie)年(nian)國(guo)內(nei)出(chu)現(xian)了(le)若(ruo)幹(gan)家(jia)以(yi)模(mo)擬(ni)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)開(kai)發(fa)推(tui)廣(guang)為(wei)主(zhu)要(yao)業(ye)務(wu)的(de)新(xin)半(ban)導(dao)體(ti)公(gong)司(si)，對(dui)拓(tuo)展(zhan)應(ying)用(yong)和(he)推(tui)動(dong)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)做(zuo)出(chu)貢(gong)獻(xian)。在(zai)成(cheng)熟(shu)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)
，包(bao)括(kuo)運(yun)放(fang)在(zai)內(nei)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)被(bei)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)集(ji)成(cheng)到(dao)了(le)單(dan)片(pian)係(xi)統(tong)中(zhong)，同(tong)時(shi)隨(sui)著(zhe)認(ren)識(shi)的(de)深(shen)入(ru)和(he)處(chu)理(li)能(neng)力(li)的(de)加(jia)強(qiang)、也不斷有新的要求需要新的產品來滿足。

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