來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

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、其歷史也就是模擬集成電路的歷史。運算放大器的設(shè)計開發(fā)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(nèi)部差異之巨大也往往出乎意料之外;投入資源開發(fā)有細微差異的運放是工程需求、工程需求背后的商業(yè)利益追求、以及知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新的需要。

微功耗運算放大器

大幅度地減少功耗對應(yīng)用設(shè)計帶來的影響不止是節(jié)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(xiàn)的應(yīng)用得以實現(xiàn)。一些電源開關(guān)盒中實際上只是一條線路，對這些開關(guān)升級，例如升級成遙控調(diào)光或者接近開關(guān)時需要為控制電路供電。負載沒有接通時，通過允許流過微量電流供電。如果這個電流較大，會導(dǎo)致負載部分啟動或間歇啟動;對于輕負載，例如3~5W發(fā)光二極管燈尤為顯著。

低功耗產(chǎn)品已很普及，如常用的TLC27L和MCP6041;后者靜態(tài)電流僅600nA。SGM8141/2為更為極端的微功耗運算器產(chǎn)品，其靜態(tài)電流僅為350nA，Voffset則控制在最大不超過2.5mV。利用SGM8141/2可以在系統(tǒng)深度休眠時提供連續(xù)參數(shù)監(jiān)測，用于喚醒或者異常觸發(fā)。也用于信號自供電或利用能量收集(例如震動、熱和光)的設(shè)計中。

微功耗運算放大器設(shè)計的挑戰(zhàn)在于，如何利用盡可能少的電路實現(xiàn)在全輸入范圍內(nèi)保持小而穩(wěn)定的失調(diào)電壓。微功耗運放無法利用復(fù)雜電路對溫度變化補償和嚴格根據(jù)共模鎖定輸入節(jié)的偏置，失調(diào)補償依賴于參數(shù)補償設(shè)計和精細的版圖設(shè)計。

比較器是常態(tài)處于類飽和態(tài)的模擬集成電路，僅在比較閾值附近一個微小的區(qū)間表現(xiàn)為線性。無論在高速場合還是低速場合，對比較器的需要常被忽視和誤解。現(xiàn)實中不乏把放大器當作比較器使用的成功工程案例，真實地反映了對比較器的需求的變化。比較器無論是參數(shù)優(yōu)化還是實際結(jié)構(gòu)實現(xiàn)都跟運算放大器不同;比較器在輸出翻轉(zhuǎn)前或者后的傳輸增益要小，以防止自激;觸發(fā)翻轉(zhuǎn)后的上升或者下降沿不受前級的爬升率的影響。

傳統(tǒng)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(qū)、精確幅度甄別和抑制在甄別閾值附近的不定狀態(tài)輸出等。主要因為ADC的普及使用和邏輯I/O的設(shè)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。

微功耗運放用作比較器時在飽和狀態(tài)工作電流有所增加，退出飽和需要較長時間，比較器則沒有這些問題。

極低功耗比較器可以用于需要潛伏或深度睡眠狀態(tài)的應(yīng)用，例如在待機期間持續(xù)監(jiān)測電池電壓和連續(xù)監(jiān)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于有輸入結(jié)構(gòu)相關(guān)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、易實現(xiàn)滿幅輸出和不需要區(qū)別單雙電源設(shè)計等突出優(yōu)點，但是其輸入部分柵極與源極之間需要較大壓差，共模輸入電壓范圍小，限制了低工作電壓使用。

這種互補雙差分對結(jié)構(gòu)保證無論共模電壓是接近正電源，還是接近負電源，至少有一個差分對可以工作。工程現(xiàn)實無法保證這兩個差分對有完全一致的失調(diào)電壓。輸入共模電壓變化使互補雙差分對交替工作引起輸入相關(guān)交越失真。輸入相關(guān)交越失真僅發(fā)生在同相放大應(yīng)用，如需要高輸入阻抗放大器的駐極體輸出緩沖、壓電換能器的輸出緩沖、PT/CT電量傳感器輸出的緩沖和電位差計輸出緩沖等。交越失真生成寄生頻譜，或產(chǎn)生虛假微擾動。

審核編輯黃昊宇