【技术文章】现代专用运算放大器

作者：安森美半导体应用工程师Anthony Dimalanta

任何制造商的运算放大器的典型清单包含几十个有时是数百个元件。对电子设计人员的要求不断演变，现有这么多的运算放大器显示了它们可以多么多种多样。优先任何给定的规格总会导致其它规格的折中。例如，高速运算放大器通常会比较低带宽的消耗更多功率。这种微小的平衡是解释“完美”的运算放大器存在的原因；每种应用有它自身的要求。可以理解运算放大器在过去70多年已经存在，这些要求已导致产生这么多元件。但是，如果您交叉参照一些制造商，显示4种常见的、广泛类别的运算放大器：通用的、高速、精密，和低功耗。检视这些类别可让我们知道当今设计人员正在寻求什么样的运算放大器。

所有运算放大器的目标是在这些领域实现好的性能：大开环增益、共模抑制，和电源抑制。每种应用还将有它自身的一套电源电压和输入及输出动态范围要求。性能在关键领域的增强产生了高度专业化的运算放大器类别。一般而言，高速运算放大器将专注于宽的带宽(≥50 MHz)，而精密和低功耗运算放大器将分别专注于低偏移(≤1 mV)和低静态电流(< 1 mA)。通用运算放大器将不专注于这些领域中的任何一个。这些规格不相斥；一款运算放大器可属于多种类别。这些专用器件被创建，因为工程师需要它们用于他们的设计，我们可看看它们用于哪些应用。

高速运算放大器有宽的带宽和快速转换率。这些通常用来驱动高速模拟-数字转换器。这些器件如名称所示，用于要求很快速地采样模拟信号的应用。现代通信系统和视频都使用高速元件。用于制造这些器件的一些技术导致组成运算放大器的器件中电源电流增加或尺寸增加。高速运算放大器往往会产生更多的静态电流，但可驱动更多的输出电流以保持快速转换率。

精密运算放大器包括那些有低偏置电压和低偏置温漂的器件。这些器件采用自动调零技术，其中一个单独的放大器用于抵消主放大器固有的偏置。结果是大大减小偏置，从单毫伏范围到几十微伏或更小。许多反馈控制和功率监测系统得益于由偏置电压减小误差。这好处的代价是增加自动调零电路所用的功率。许多最低偏置的放大器也使低带宽偏向直流应用。

低功耗运算放大器由为电子产品增加能效的要求而产生。这些运算放大器的设计始于低功耗的考虑。这也支持更小的封装用于空间受限的设计。制造商技术的改进已产生许多不牺牲太多性能的低功耗运算放大器。然而，随着功耗要求降低，权衡变得与高速运算放大器相悖：更低静态电流减小转换速率和输出驱动电流。

现代运算放大器的另一趋势是这些器件中的许多都不是严格意义上的运算放大器。过去许多外置元件的运算放大器应用现在完全集成在一个芯片上或共同封装在一起。设计人员不再需要考虑各个器件的变化，因为现代制造支持大量可预测的性能。当今大多运算放大器是内部补偿的，也就是定义了频率响应和增益带宽。电流检测、仪表、和差分放大器是在运算放大器范围内的一些应用电路，因为我们今天知道它们。它们也往往归为所提及的类别之一。例如，电流检测和仪表放大器通常是精密产品。

运算放大器理所当然地作为模拟电子产品中的关键构建模块。它们仍然担此作用，但技术创新已使运算放大器能扩展超越一个大宗商品器件所具有的性能。安森美半导体的专利器件包括精密NCS325/NCS333、低功耗NCS20062/82/92、高转换率NCS2003/NCS20072，和即将推出的电流检测NCS210和NCS401。设计人员正不断地寻求整合更多功能，制造商期待通过更佳的技术和设计解决这些问题。从而产生独特的、高度专业化的产品，仅表面上类似于传统的运算放大器。