原创 运算放大器设计与应用—电子工程师必备手册(下)7

目前运放产品主要采用CMOS、双极、BiCMOS等工艺制造。许多运算放大器系列都提供单通道、双通道和四通道三种封装形式，从而为设计提供了最大的灵活性。各种新型封装的电路板占位面积正在日益缩小。单通道运算放大器可采用SOT23封装以及结构相似但外形更加小巧的SC70封装，双通道器件有SOT23-8封装，采用WCSP芯片级封装的运算放大器的占位面积更小。此外，领先半导体厂商还在不断研发新的工艺和封装技术以进一步提升运放产品的性能。

NSC表示已有针对低电压、低成本、高速、低噪声、高集成度等不同需求所设计的五种制造工艺。以低电压、低功耗的运算放大器为例，由于NSC拥有先进的CMOS/BiCMOS工艺技术，而且可将产品装配在极为小巧的封装之内，因此早在1994年NSC就推出首款采用 SOT23封装的单组装运算放大器 (LMC7101)并在1997年推出采用SC70“矽尘”封装的运算放大器(LMV321)。目前这两种封装已成为单组装运算放大器的业界标准封装。

为顺应新一代通信设备、视频产品及其它高速系统需要较低功耗的趋势，NSC开发了自有的 VIP10互补双极工艺技术，这是一种速度快而又以电介质绝缘的互补双极集成电路工艺技术，可以将深沟技术应用到压焊圆片上，以便可以利用电介质实现完全绝缘，确保高速放大器可以充分发挥其性能。NSC在2001年推出首系列采用VIP10工艺技术制造的LMH系列高速运算放大器。

其中LMH6738和LMH6739，

信号带宽达到750MHz，可驱

动目前应用中的最高分辨率

视频信号，其应用包括LCD

投影机、多媒体设备、视频会

议系统和HDTV、xDSL调制

解调器以及机顶盒等高速应

用方案。

此外，ADI公司也利用先进工艺

和封装技术积极开辟放大

器领域的新天地。该公司产品

线经理Curt Ventola表示，ADI

将凭借多年的设计经验以及

XFCB(超高速互补双极型)工 图1：高精度放大器

艺技术和WLCSP封装技术开

发出适合更多新要求的放大器产品。WLCSP 是一种晶圆级芯片封装技术，可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，绝对尺寸仅有32平方毫米，约为普通BGA封装的1/3，仅仅相当于TSOP封装内存芯片面积的1/6。

而Intersil则采用互补 BiCMOS工艺技术制造新型系列运放产品。其中包括电流反馈、电压反馈、精度运放、低噪声运放和各种差分线驱动放大器。

设计人员一直在寻求更好的性能，对于电池驱动系统，这通常表现在低功耗方面；而在工业、医疗和感测应用领域，精度和噪声性能又成为关键指标，在某些情况下这就驱使采用更小的几何工艺。

对于蜂窝电话和便携式多媒体应用，要求放大器具有小巧的物理尺寸；兼容低电压；待机状态下具有最低的功耗；抑制电源噪声，尤其对蜂窝电话而言；具有高效率，能提高电池使用寿命。这些特性上的要求需要采用先进的亚微米CMOS或 BiCMOS工艺技术(0.5μm to 0.18μm)以及先进的封装技术，例如倒装芯片。

而对于DVD和其它视频应用，带有非常平直的30MHz带宽的高速放大器可用于高清数字电视；在视频放大器中集成重构的滤波器，可以滤除来自视频数模转换器的噪声；多输入/输出视频放大器支持不同格式的视频信号，这就需要采用双极或BiCMOS工艺技术。

目前ST正以小封装形式提供低成本系列的宽带、负输入轨和输出轨至轨运算放大器。其TSH8x器件可满足大批量视频应用要求，如RGB信号驱动和切换，这些应用需要低成本的高性能信号放大和信号调节。 TSH80、TSH81和 TSH82分别是单运放、有待机模式的单运放和双电压反馈运放器件。

凌特公司则采用CMOS、 BiCMOS、双极和先进的射频工艺技术，开发出各类放大器产品。例如该公司针对高性能视频领域推出的型号为LT6553的放大器，分辨率超过了1600x1200像素，适用于SXGA和UXGA LCD投影仪及监视器、扫描仪，以及车载导航和车内视频系统等汽车显示器系统、数码相机及CCD影像系统。对于简单的多路复用和信号路由，LT6553具有关/闭功能，能够在50ns内启动，适合扩频和便携式应用。

德州仪器公司(TI)高速信号调节产品部战略市场经理Jim Karki表示，TI采用领先的工艺技术可满足高速放大器用户的不同要求。例如，OPA727就是TI采用e-trim技术设计的高精度、高速12V CMOS运算放大器，该器件属于其Burr-Brown产品线。e-trim是TI的一种新型微调技术，能够在制造的最终阶段对失调电压及温度漂移进行校准。

对DSL应用而言，快速、高电压处理很关键。目前TI正以新的工艺技术拓展在该领域的能力以满足未来的需要。TI已推出高输出电流、高增益带宽的双运算放大器OPA2614。该器件具有低输入电压噪声和低谐波失真等特性，可为差动配置的DSL驱动器解决方案提供高动态范围。Jim Karki透露，很快 TI将发布16:04 2008/8/20多的集成模拟视频处理产品。

降低噪声与提高集成度是未来运放发展的瓶颈

众所周知，噪声对运放是非常关键的指标。在大多数应用中，运放的前面都会有感测组件，其后端则有 ADC与处理器，这些组件共同构成一个典型的信号传输路径。由于运放周边配置的外部组件会带来噪声，如果运放本身的噪声也很大，那么对ADC而言，噪声将会淹没有效信号，这样以来，不管 ADC的分辨率与频宽有多少，它输出给处理器的就只有噪声，这极大地影响了系统的正常运作。

所以不管是通用型、低电压/低功耗、还是高精度或高速运放，都需要把组件本身的噪声抑制到最低程度，才能有效实现信号路径的整体匹配，达到最佳的应用效果。

此外，为满足日益丰富的应用需求，放大器不再只是单一的产品，而是与其它器件集成在一起以提升性能与产品价值。例如在视频放大器中整合滤波、多路技术以及DC恢复等功能。

而且，单一的放大器也需要集成更多特性。正如凌特的Erik Soule指出，对运放而言，多重特性集成是很重要的，因为设计人员经常要针对某种应用修改20到30个参数以优化放大器的特性和功能，这增加了设计复杂性。例如，为满足便携式产品低功耗的要求，新的放大器技术需要减小电压和电流噪声，同时还需要进一步降低成本，在更小的封装中集成更多的性能。