類運(yùn)算放大器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及其應(yīng)用熱點(diǎn)

1、四類運(yùn)算放大器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及其應(yīng)用熱點(diǎn)/ J八、八、專業(yè)： 2009 級(jí)臨床救援 姓名：于慶帥 學(xué)號(hào)： 27運(yùn)算放大器歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展， 從早期的真空管演變?yōu)楝F(xiàn)在的集成電路， 根 據(jù)不同的應(yīng)用需求主要分化出通用型、低電壓 / 低功耗型、高速型、高精度型四 大類運(yùn)放產(chǎn)品。 一般而言， 高速運(yùn)放主要用于通信設(shè)備、 視頻系統(tǒng)以及測試與測 量儀表等產(chǎn)品；低電壓/低功耗運(yùn)放主要面向手機(jī)、PDA等以電池供電的便攜式 電子產(chǎn)品；高精度運(yùn)放主要針對(duì)測試測量儀表、汽車電子以及工業(yè)控制系統(tǒng)等。 通用運(yùn)算放大器應(yīng)用最廣， 幾乎任何需要添加簡單信號(hào)增益或信號(hào)調(diào)理功能的電 子系統(tǒng)都可采用通用運(yùn)放。近年來消費(fèi)電子、通訊

2、、網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)運(yùn)放產(chǎn)品也提出新的技 術(shù)要求，更低功耗、更小封裝以及良好的匹配性能都變得十分重要。為此，設(shè)計(jì) 人員在設(shè)計(jì)方法上加創(chuàng)新， 制造工藝與封裝技術(shù)的進(jìn)步也為提升運(yùn)放性能提供了 一定的保證。 在多方因素推動(dòng)下， 下一代運(yùn)算放大器正朝著速度更快、 集成度更 高、價(jià)格更低的方向發(fā)展。從市場需求的角度看， 全球?qū)Ψ糯笃鞯男枨蠖急３謴?qiáng)勢(shì)增長。 中國市場也不 例外，尤其在消費(fèi)和通訊領(lǐng)域。凌特公司信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品線總經(jīng)理 Erik Soule 表示，“通訊和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備 市場已經(jīng)開始復(fù)蘇， 未來幾年這類設(shè)備在中國會(huì)有很大增長。 而這些應(yīng)用都需要 高速 ADC 驅(qū)動(dòng)器，以及低噪聲、低輸入偏壓運(yùn)放等

3、產(chǎn)品。 ”ADI 公司產(chǎn)品線經(jīng)理 Curt Ventola 認(rèn)為，未來放大器市場增長的驅(qū)動(dòng)力主 要有三方面：其一，便攜式應(yīng)用的低功耗要求將推動(dòng)具有低操作電源電壓 /電流 的放大器增長；其二，高分辨率應(yīng)用需要能降低噪聲和失真度的放大器；其三， 由于性能和價(jià)格壓力持續(xù)上揚(yáng)，因此能夠集成其他功能的放大器前景樂觀。多路技術(shù)以及 DC 恢復(fù)等功能的低電壓 / 低功耗、高精度三類運(yùn) 年復(fù)合增長率分別達(dá)到 13%、8% 5%。意法半導(dǎo)體公司（ST）亞太區(qū)標(biāo)準(zhǔn)線性IC產(chǎn)品行銷經(jīng)理Leon LEE也指出， 測試和測量、通訊、醫(yī)療影像等領(lǐng)域的先進(jìn)應(yīng)用是提升放大器性能的主要驅(qū)動(dòng)力； DSL 和消費(fèi)類視頻應(yīng)用是最大的

4、市場， 而且未來將繼續(xù)此趨勢(shì)。 其中， DSL 運(yùn)放 的增長點(diǎn)主要在于線路驅(qū)動(dòng)器。 而整合了濾波、 消費(fèi)類視頻放大器也被看好。市場調(diào)查公司 Databean 資料顯示，高速、 算放大器的市場預(yù)計(jì)在未來的五年會(huì)穩(wěn)步增長， 及 11%，通用運(yùn)算放大器的年復(fù)合增長率預(yù)計(jì)為從應(yīng)用的角度講， 不同的系統(tǒng)對(duì)運(yùn)放有不同要求， 選擇合適的運(yùn)放對(duì)于系統(tǒng) 設(shè)計(jì)至關(guān)重要。 對(duì)于通信、 高速測量儀表及超聲波設(shè)備等高速應(yīng)用， 交流特性極 為重要。但對(duì)于低速的高精度系統(tǒng)， 直流方面的特性則通常更為重要。 衡量系統(tǒng) 在交流特性方面的參數(shù)有信號(hào)帶寬、 失真率、 噪聲等；而衡量系統(tǒng)在直流特性方 面的參數(shù)有輸入補(bǔ)償電壓、開環(huán)增益

5、、輸入偏置電流及共模抑制比等。將從以下方面探討這四類運(yùn)放的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用熱點(diǎn)。、通訊和視頻應(yīng)用使高速運(yùn)放成為焦點(diǎn)以出而通高速運(yùn)放泛指頻寬高于 50MHz 的運(yùn)放，而現(xiàn)在為了與信號(hào)鏈后端組件 （ 例如 高速ADC或處理器）的需求相匹配，運(yùn)放的頻寬記錄已突破 GHz。這主要源于后 端組件的效能近年來顯著提升， 因而位居信號(hào)鏈前端的運(yùn)放為了與后端組件相匹 配，以避免拖累信號(hào)鏈的整體效能表現(xiàn)， 于是開始向高速化發(fā)展， 未來高速運(yùn)放 可能躍升為主流運(yùn)放產(chǎn)品。據(jù) DataBean 預(yù)測，高速運(yùn)放將逐漸侵占其它運(yùn)放產(chǎn)品的市場占有率。 貨金額計(jì)，到 2009 年，高速運(yùn)放占整體運(yùn)放市場規(guī)模的比重將達(dá)到三成

6、， 用型運(yùn)放則下降到兩成以下。Intersil 公司模擬信號(hào)處理部行銷副總裁 Simon Prutton 指出，驅(qū)動(dòng)高速 運(yùn)放市場增長的主要應(yīng)用是模擬視頻處理和傳送以及通訊系統(tǒng)。 而且，伴隨更高 的分辨率顯示和射頻頻譜的有效使用， 這兩種應(yīng)用在未來將會(huì)給設(shè)計(jì)人員提出新 的挑戰(zhàn)。意法半導(dǎo)體公司亞太區(qū)標(biāo)準(zhǔn)線性 IC 產(chǎn)品行銷經(jīng)理 Leon LEE 也表示， 由于蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)、 DVD/TV 和多媒體應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)，視頻放大器等高速運(yùn) 放將大幅增長?？傮w而言，高速運(yùn)放主要應(yīng)用在 xDSL 調(diào)制解調(diào)器、 機(jī)頂盒以及視頻系統(tǒng)中， 或是擔(dān)任高速 ADC 的前級(jí)信號(hào)調(diào)整角色。這類運(yùn)放對(duì)于信噪比和失真度的要

7、求 最為嚴(yán)格，因此半導(dǎo)體廠商在設(shè)計(jì)這種運(yùn)放時(shí)，普遍采用差動(dòng)輸出的形式。與傳統(tǒng)采用“二入一出”架構(gòu)的運(yùn)放相比， “二進(jìn)二出”的差動(dòng)輸出由于同時(shí) 輸出兩個(gè)反相的信號(hào)， 因此系統(tǒng)工程師可以通過兩個(gè)信號(hào)的比較得知輸出信號(hào)在 未受噪聲或失真影響前的波形， 從而使設(shè)計(jì)工程師可以及時(shí)解決信號(hào)鏈上可能出 現(xiàn)的問題。例如ADI公司最新推出的高速運(yùn)放 AD8045,該器件具有易用的電壓反饋結(jié) 構(gòu)、歸一化增益穩(wěn)定性， 以及專為高性能系統(tǒng)而優(yōu)化的引腳輸出。 器件速度達(dá)到 1GHz并具有低噪聲和低失真等特性，適用于多種高速應(yīng)用，包括醫(yī)療設(shè)備、自 動(dòng)測試設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。針對(duì)高速視頻和監(jiān)控應(yīng)用， Intersil 公

8、布一款 三放大器EL5367，它采用專有的定制結(jié)構(gòu)來隔離其三個(gè)放大器，該器件打破了 1GHz的速率極限。EL5367的總供電電流僅25mA可在5V至12V的單供電電 壓范圍內(nèi)工作，能夠驅(qū)動(dòng)高于QXGA（2048X 1536象素）的分辨率應(yīng)用。典型的視 頻驅(qū)動(dòng)架構(gòu)采用交流耦合或直流耦合方案。 采用交流耦合的系統(tǒng)需要大的外部電 容，但不需負(fù)電源軌。 采用支流耦合的系統(tǒng)不需要昂貴的大外部電容， 但需要負(fù) 電源軌。 Intersil 的視頻放大器 ISL59830 則是在芯片上生成負(fù)電源軌并允許 視頻信號(hào)的直流耦合，能用單獨(dú) 電源供電。而凌特的 LT6555/6 是 2:1 多路 復(fù)用三通道視頻放大器

9、，適于 LCD 投影儀和高清晰度視頻應(yīng)用。二、便攜式應(yīng)用催生低電壓 / 低功耗運(yùn)算放大器隨著手機(jī)、PMP等依賴電池供電的便攜式產(chǎn)品出現(xiàn)， 強(qiáng)調(diào)低功耗、低電壓的 運(yùn)放應(yīng)運(yùn)而生。 一般定義下的低電壓運(yùn)放， 指工作電壓低于 伏特， 而所謂的低 功耗運(yùn)放，通常指供電電流低于1mA。這類運(yùn)放大多用在音頻系統(tǒng)或是電壓比較 電路、濾波器等不需要太高頻寬的應(yīng)用。此外，在測試、測量和醫(yī)療系統(tǒng)，工程師也希望在低功耗水平下獲得改進(jìn)的性能 （ 例如，更高的帶寬、更快的轉(zhuǎn)換率和 更低的失真度 ） ，所以在這些領(lǐng)域低功耗運(yùn)放也有創(chuàng)新機(jī)會(huì)。針對(duì)便攜式視頻應(yīng)用， ADI 公司推出 ADA4850-X 系列放大器，能提供軌至

10、軌（R-R）輸出特性，工作電源電壓低于。該產(chǎn)品可大幅降低失效電流，能夠延長 便攜式視頻應(yīng)用的電池壽命。 此外， ADI 的 6 通道視頻放大器 ADA4410-6 還整 合了視頻濾波器， 是一種單芯片解決方案。 該產(chǎn)品能夠節(jié)省 50%的功耗同時(shí)具有 高可靠性。能使用戶獲得具有最佳高清晰度視頻影像質(zhì)量的低成本方案。美信的低成本、低功耗、高端功率 /電流監(jiān)視器 MAX4210/MAX421，1 提供與 負(fù)載功耗成正比的模擬輸出電壓，負(fù)載功耗用負(fù)載電流乘以源極電壓計(jì)算。MAX4210/MAX421利用高端電流檢測放大器來測量負(fù)載電流，由于不影響負(fù)載的接地通道，因而尤其適合電池供電系統(tǒng)。凌特的 Eri

11、k Soule 介紹說:“由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器向更低電壓、單電源和高性 能發(fā)展，因此需要能夠于不降低性能的前提下在共模電源軌上工作的差分放大 器。LT1994滿足了這種需求，為客戶提供了能夠驅(qū)動(dòng)16位ADC的單電源解決方案?！贝送?，凌特還發(fā)布了兩款高電壓（105V）電流檢測放大器。其中LTC6101采 用小型 SOT 封裝，具有 1uS 的快速響應(yīng)時(shí)間和高精度； LT6100 結(jié)合高精度和 管腳配置的特性，不需外部增益設(shè)置電阻。三、通用運(yùn)放在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域仍有發(fā)展空間雖然隨著應(yīng)用需求不斷變更， 運(yùn)放供貨商必須順應(yīng)市場變化推出相應(yīng)的新產(chǎn) 品。然而因?yàn)檫\(yùn)放在業(yè)界已被廣泛采用數(shù)十年之久， 有些應(yīng)用產(chǎn)品的生命周期也 長達(dá)十多年， 因此很多傳統(tǒng)產(chǎn)品仍有其一定的市場需求， 例如在汽車與工業(yè)自動(dòng) 化領(lǐng)域，就有很多設(shè)備還是需要用到傳統(tǒng)的通用運(yùn)放。通用運(yùn)放對(duì)工程師而言， 可以說是最常用的半導(dǎo)體組件之一。 通過外部電阻 的不同配置， 一顆運(yùn)放可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行各種微調(diào)后再輸出， 以符合信號(hào)鏈后 端的ADC電源管理芯片等組件的輸入信號(hào)要求。 正因?yàn)槠浜唵我子玫奶匦?，?加上極為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的價(jià)格， 因而使得這類放大器始終在出貨量上穩(wěn)居運(yùn)放市場的 主流地位。然而，為順應(yīng) PCB 板尺寸不斷縮水，以及制造工藝發(fā)展所造成的輸 入電壓下降的趨勢(shì)，通用型運(yùn)放也必須革新應(yīng)變