打破精度约束——了解运算放大器的精度应战

在精细丈量过程中，体系工程师们面对的第一个应战就是怎么挑选具有最佳功用的运算放大器以及装置在其周围的其他组件。这项作业很重要。在一些有空间约束的运用中，工程师们常常会寻求体积最小的封装，可是这种小型封装具有必定的优势却无法供给抱负的精度。本文评论 IC 制造商用于战胜精度应战的一些技能，并让读者更好地舆解封装前和封装后用于取得最佳功用的各种办法，乃至是运用最小体积的封装。

工程师关于运算放大器 (op amps) 精度的界说并不相同，其主要取决于不同的运用。在面对十多家厂商供给的数万件放大器时，工程师常常面对怎么选出最佳功用的放大器的难题。也就是说，最高性价比——假定体系还需要其他组件。例如，石油勘探或许地震研讨的轰动剖析运用，要求放大器具有十分低的输入偏移电压，而且在长期运用和温度改变的状况下具有十分小的误差漂移。只要这样，才干确保对数字化信号的影响降至最小。换句话就是说，低噪声、高精度的运算放大器不会严重影响高分辨率数据转换器的功用，然后供给更高的精准度。相反，血糖监测仪一般对偏移和温度误差漂移的要求则要低得多。

大多数半导体公司都会在运算放大器精度的界说术语方面取得一致意见。实践上，他们会对其进行分组。一般来说，假如运算放大器的初始偏移电压低于 1mV 且单位增益频宽小于 50 MHz，则依照精度来进行分组。可是，这种精度与工艺技能有关，即便在相同器材中也是如此。依据不同的封装，两条不同标准的生产线生产出 同一种放大器的状况并不常见。这是因为，更小的封装更简略遭到揉捏裸片的封装模塑的应力。

曩昔，双极输入器材在精度方面抢先。虽然一些人以为这些器材仍然是最佳挑选（在许多方面它们确实如此），可是最近的一些 CMOS 和 JFET 规划取得了巨大的前进。OPA140 就是一个 JFET 输入放大器的一个比如，它具有 120 uV 的最大偏移电压，而且在更大的工业温度规模其误差漂移仅为 1 uV/°C。

和体系工程师相同，IC 规划人员运用各种 IC 级技能，以完结高精度。IC 规划人员完结这种精度的一种办法是运用斩波器安稳完结，也可独自或许联合完结主动归零。虽然这些技能十分有用，可是其存在一些缺陷，而这些缺陷让放大器在一些运用中的体现不让人满足。为了处理这个问题，许多制造厂商都供给了一些 IC 级修整办法，以取得更低的偏移电压。这种办法反过来又提高了温度改变误差漂移功用。可是，并非一切修整办法都具有这种长处。一些修整办法或许并不适合于面向本钱敏感性运用的规划。一般状况下，一旦界说了产品而且清晰了方针运用今后，便可选定完结高精度的办法。

一种最为陈旧的修整办法是“齐纳去除法 (Zener-zapping)”。去过，许多精细放大器都运用了这种办法。一般来说，这种办法运用于大尺度处理器，而比如 CMOS 这样的小型处理器运用这种办法时，本钱效益较低。“齐纳去除法”是一种片上处理技能。虽然能够取得十分高的精度，但它一般要求更大的裸片面积，这让它难以适用于小型封装。

激光修整是精细器材中遍及运用的一种办法，其具有许多长处，例如：测试用焊点更少、衔接修整本钱更低。这种办法广泛用于差分和丈量放大器，意图是改进电阻器匹配度，以及供给必要的共模抑制比 (CMRR)。可是，这种办法短少安装后修整的才能。

EEPROM 是咱们能够运用的另一种片上办法，但很少用于独立放大器，因为这种办法一般要求更多的引脚和屏蔽。

因为对精度的需求不断添加，许多制造厂商现在会供给安装后修整功用。这种多晶硅保险丝熔断技能不需要额定的引脚或许测试用焊点，而且比较封装修整办法能够节约很多的本钱。这是一种真实意义上的技能打破，因为许多 CMOS 放大器现在都能够到达前所未有的DC精度水平，也即百微伏以下的初始偏移和一微伏以下的误差漂移。OPA376 是一款具有 25 µV 确保偏移电压的 CMOS 输入放大器，也能够获益于这些 DC 参数。安装后修整让广阔 IC 规划人员和布局工程师，能够战胜小封装中发生的机械应力，然后具有小型化的优异精度。除节约本钱以外，CMOS 运用这种办法，还让更低电压的运用成为实践。更低电压的电源，让用户具有更长的电池作业时间（便携式运用的基本要求），并协助节约高密度电路板的功耗，一起还供给了一种逻辑器材和微控制器的简略接口。

表1 归纳了各种修整办法，并依据技能和制造厂商依照安装前和安装后对其进行分类。

依据修整办法挑选放大器的精度具有必定的误导性。有时，咱们在某个详细修整点完结安装后修整。为了坚持最低偏移和温度漂移，规划或许会要求运用更多的杂乱电路，其给芯片添加了很多基板面。检查数据表单标准表主页今后的内容，了解偏移实践值及其共模改变状况，不要依赖于修整算法。

一些制造厂商使用精细器材的成功，推出非修整版别，其可运用于不同的运用。因为本钱被轻松地降低了，这种做法对 %&&&&&% 厂商和客户都大有优点。

Soufiane Bendaoud 现任 TI 高精度模仿产品部事务开发司理。iSoufiane 结业于美国加州旧金山州立大学，获电子工程理学士学位，后又结业于旧金山大学，获 MBA。