CMOS 放大器有哪些先進的設(shè)計技巧

作者：Soufiane Bendaoud

十多年前，半導(dǎo)體設(shè)計與應(yīng)用工程師在有了可行 CMOS 硅芯片時高興得相互擊掌慶祝，因為它可在 80% 的良率下實現(xiàn) 100uV 以下的放大器輸入失調(diào)電壓。當時，Allen Bradley、John Deere、Rockwell Automation 以及 Siemens 等工業(yè)領(lǐng)域巨頭都考慮將 CMOS 放大器作為較低成本的平臺，但它們很少將其用于實現(xiàn)高性能。

盡管雙極性技術(shù)依然盛行，但新型 CMOS 放大器正在以先進的設(shè)計技巧、高級的微調(diào)方法以及提高的良率逐漸打破工藝局限性。

以往，雙極性器件在需要高精度的應(yīng)用領(lǐng)域一直處于工程師的“首選”項。這些器件可實現(xiàn)低于 1uV/oC 的失調(diào)漂移，而 CMOS 的輸入級則提供高達 5uV/oC 的失調(diào)漂移。

在 CMOS 輸入運算放大器中實現(xiàn)極低失調(diào)的挑戰(zhàn)在于閥值電壓之間的差異（輸入差分對）以及柵-源電壓與閥值電壓之間的差異 （VGS-VTH）。與雙極性器件不同，無論在弱反相情況下還是在強反相情況下，失調(diào)和失調(diào)漂移在 CMOS 器件中都沒有關(guān)聯(lián)性。

CMOS 放大器設(shè)計中的其它挑戰(zhàn)還包括較高的電壓噪聲閃爍與白噪聲以及一個通常低很多的開環(huán)增益（這是比雙極性輸入低的跨導(dǎo)值）。

應(yīng)對以上挑戰(zhàn)的一個途徑就是使用自動歸零、限幅或二者相結(jié)合的方法，其可顯著減少失調(diào)和漂移（在 CMOS 中），但會增加電路復(fù)雜性。限幅自穩(wěn)放大器可在更大溫度范圍內(nèi)提供最低漂移，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可對其使用帶來一定限制。

另一種方法是選擇一款經(jīng)過精確微調(diào)的器件。如欲進一步了解這種良好微調(diào)運算放大器的效果，敬請查看最新發(fā)布的 OPA192。該器件是 CMOS 放大器設(shè)計中名副其實的里程碑成果，能夠與現(xiàn)已提供的最佳雙極性及 JFET 技術(shù)相媲美。

因此，下次您在購買真正高精度運算放大器時，如果您的系統(tǒng)需要低電壓工作，可以考慮選擇 OPA376 或支持較高電壓的 OPA192。