高精確模擬定義

工程師對于運算放大器 (op amps) 精度的定義并不一樣，其主要取決于不同的應用。在面對十多家廠(chǎng)商提供的數萬(wàn)件放大器時(shí)，工程師常常面臨如何選出最佳性能的放大器的難題。也就是說(shuō)，最高性?xún)r(jià)比——假設系統還需要其他組件。例如，石油勘探或者地震研究的震動(dòng)分析應用，要求放大器擁有非常低的輸入偏移電壓，并且在長(cháng)時(shí)間使用和溫度變化的情況下具有非常小的偏差漂移。只有這樣，才能保證對數字化信號的影響降至最小。換句話(huà)就是說(shuō)，低噪聲、高精度的運算放大器不會(huì )嚴重影響高分辨率數據轉換器的性能，從而提供更高的精準度。相反，血糖監測儀通常對偏移和溫度偏差漂移的要求則要低得多。

 
圖1：便攜式震動(dòng)儀的典型結構圖
 

圖2： 血糖監測儀的典型結構圖

大多數半導體公司都會(huì )在運算放大器精度的定義術(shù)語(yǔ)方面取得一致意見(jiàn)。實(shí)際上，他們會(huì )對其進(jìn)行分組。一般而言，如果運算放大器的初始偏移電壓低于 1mV 且單位增益頻寬小于 50 MHz，則按照精度來(lái)進(jìn)行分組。但是，這種精度與工藝技術(shù)有關(guān)，即使在相同器件中也是如此。根據不同的封裝，兩條不同規格的生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)出同一種放大器的情況并不常見(jiàn)。這是因為，更小的封裝更容易受到擠壓裸片的封裝模塑的應力。
 
過(guò)去，雙極輸入器件在精度方面領(lǐng)先。盡管一些人認為這些器件仍然是最佳選擇（在許多方面它們的確如此），但是最近的一些 CMOS 和 JFET 設計取得了巨大的進(jìn)步。OPA140 便是一個(gè) JFET 輸入放大器的一個(gè)例子，它擁有 120 uV 的最大偏移電壓，并且在更大的工業(yè)溫度范圍其偏差漂移僅為 1 uV/°C。
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在不斬波的情況下實(shí)現高精度

和系統工程師一樣，IC 設計人員使用各種 IC 級技術(shù)，以實(shí)現高精度。IC 設計人員實(shí)現這種精度的一種方法是使用斬波器穩定實(shí)現，也可單獨或者聯(lián)合實(shí)現自動(dòng)歸零。盡管這些技術(shù)非常有效，但是其存在一些缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)讓放大器在一些應用中的表現不讓人滿(mǎn)意。為了解決這個(gè)問(wèn)題，許多制造廠(chǎng)商都提供了一些 IC 級修整方法，以獲得更低的偏移電壓。這種方法反過(guò)來(lái)又提高了溫度變化偏差漂移性能。但是，并非所有修整方法都擁有這種優(yōu)點(diǎn)。一些修整方法可能并不適合于面向成本敏感性應用的設計。一般情況下，一旦定義了產(chǎn)品并且明確了目標應用以后，便可選定實(shí)現高精度的方法。
 
修整還是不修整

一種最為古老的修整方法是“齊納去除法 (Zener-zapping)”。去過(guò)，許多精密放大器都使用了這種方法。一般而言，這種方法應用于大尺寸處理器，而諸如 CMOS 這樣的小型處理器使用這種方法時(shí)，成本效益較低。“齊納去除法”是一種片上處理技術(shù)。盡管可以獲得非常高的精度，但它通常要求更大的裸片面積，這讓它難以適用于小型封裝。

激光修整是精密器件中普遍使用的一種方法，其具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：測試用焊點(diǎn)更少、連接修整成本更低。這種方法廣泛用于差分和測量放大器，目的是改善電阻器匹配度，以及提供必要的共模抑制比 (CMRR)。但是，這種方法缺少裝配后修整的能力。
 
EEPROM 是我們能夠使用的另一種片上方法，但很少用于獨立放大器，因為這種方法通常要求更多的引腳和屏蔽。
 
由于對精度的需求不斷增加，許多制造廠(chǎng)商現在會(huì )提供裝配后修整功能。這種多晶硅保險絲熔斷技術(shù)不需要額外的引腳或者測試用焊點(diǎn)，并且相比封裝修整方法可以節省大量的成本。這是一種真正意義上的技術(shù)突破，因為許多 CMOS 放大器現在都可以達到史無(wú)前例的DC精度水平，也即百微伏以下的初始偏移和一微伏以下的偏差漂移。OPA376 是一款具有 25 µV 保證偏移電壓的 CMOS 輸入放大器，也可以受益于這些 DC 參數。裝配后修整讓廣大 IC 設計人員和布局工程師，可以克服小封裝中產(chǎn)生的機械應力，從而擁有小型化的優(yōu)異精度。除節省成本以外，CMOS 使用這種方法，還讓更低電壓的使用成為現實(shí)。更低電壓的電源，讓用戶(hù)擁有更長(cháng)的電池工作時(shí)間（便攜式應用的基本要求），并幫助節省高密度電路板的功耗，同時(shí)還提供了一種邏輯器件和微控制器的簡(jiǎn)單接口。

表1：概括了各種修整方法，并根據技術(shù)和制造廠(chǎng)商按照裝配前和裝配后對其進(jìn)行分類(lèi)。
 

根據修整方法選擇精度

根據修整方法選擇放大器的精度具有一定的誤導性。有時(shí)，我們在某個(gè)具體修整點(diǎn)完成裝配后修整。為了保持最低偏移和溫度漂移，設計可能會(huì )要求使用更多的復雜電路，其給芯片增加了大量基板面。查看數據表單規格表首頁(yè)以后的內容，了解偏移實(shí)際值及其共模變化情況，不要依賴(lài)于修整算法。
 
一些制造廠(chǎng)商利用精密器件的成功，推出非修整版本，其可應用于不同的應用。由于成本被輕松地降低了，這種做法對 IC 廠(chǎng)商和客戶(hù)都大有好處。