原创 TI运放的主要工艺

              在单端电压输入模块我们需要调理和转换两类电压，一类是输入范围包括正负10V的双极性电压，一类是0到5V的单极性电压，在将这些信号送入ADC进行转换之前，我们需要至少在信号输入和ADC输入之间放置一个运放作为缓冲器。这是因为我们不知道信号源的阻抗，为了防止高输出阻抗的信号源影响ADC的转换结果（较大的R带来大的RC时间常数，导致ADC无法在期望的时间内稳定到所需的精度），我们需要一个高输入阻抗地输出阻抗变换工作，运算放大器就拥有这样的特性。除此之外，信号链路中的运算放大器还可以完成信号放大，滤波，直流偏置，算术运算等一系列功能。

          输入信号的电压范围初步确定了运放选型的大致方向，即宽电压供电和窄电压供电。除此之外，在精密信号链中，我们常常需要提供上百倍的放大倍数，这是mV级的失调信号就会带来极大的输出误差，甚至使运放输出级饱和。因此我们特别关注运放的直流参数。决定运放直流精度的参数主要有：

        1,运放工作频率处的环路增益

        2,输入失调电压及其漂移

        3,输入偏置电流及其漂移

        4,通带内运算放大器的噪声

       其中2,3对运放的影响最为直观，它们由运放的输入级工艺所决定。同时，运放的工艺也决定了其他的一些参数，TI 的主要工艺有：

       1,Bipolar(双极性)：  分为高速和精密两种：

                 高速双极型放大器 —— 当需求在最低的功耗下实现最高速度时，双极型技术能提供最优的性能。此类放大器优异的功率增益以最低的静态功耗实现极高的输出功率以及全功率带宽。

                精密双极型放大器 —— 在抑制因失调电压而产生误差的方面能力过人。此类放大器具有低失调电压，低温度漂移，高开环增益及高共模抑制比。精密双极型运算放大器广泛的用于各种电源阻抗较低的，且要求放大倍数较大的应用中（诸如压力，温度测量）。

        2,JFET(结型场效应管)：当信号源阻抗非常高时，FET输入的放大器由于具有非常低的输入偏置电流，因而较之双极型输入的放大器来说具有更好的总体精度。如在高信号源阻抗的应用中采用了双极型放大器（例如，500M探针），留经源阻抗的偏置电流所产生的失调，温度漂移及噪声，可导致回路实质性的实效。而当电路对低电流误差有需求时，场效应管放大器能提供非常低的偏置电流,低失调电流及高输入阻抗。但要小心的是FET型场效应的偏置电流随温度升高而剧烈变化，温度每升高10度，偏执电流的大小就要翻倍。当应用的温度范围较宽时，要小心考虑这个要素。

       3,CMOS（互补金属氧化体）：当设计的主要因素为低电压或低功耗，卓越的速度与功耗比，轨对轨性能，低成本以及小外形封装时，可选择微小封装的COMS放大器，已达到最高的精度。特别是在手持式电池供电中，COMS放大器的优势非常明显。另外，COMS放大器得益于工艺的灵活性，能加入一些很好的特性，比如：

         轨对轨输入，输出，或输入/输出：COMS放大器经常工作在单电源低电压的环境中，为了满足后端电路的动态范围要求（如ADC的满量程输入），我们通常希望运放的输出能达到或接近供电电源轨。所以轨到轨输出运放也称为满幅运放。TI所有的COMS运放和少数的Bipolar运放（如OPA211）都具有轨道轨的输出特点，其中许多COMS运放的输入和输出都均可实现轨到轨。

        自归零（Auto--Zero）和零温漂（Zero--Drift）技术：当在放大微小电压信号时候，输入失调电压是一个很重要的参数，TI的自归零和零温漂技术使得一些CMOS运放的输入失调电压达到一个新的高度，可以和最好的双极型运放媲美。它通过在内部放置另两个调零放大器来实时地测量和调节主放大器的输入失调电压，从而获得了极好的输入失调电压的指标。比如OPA335，VIO最大仅为5uV，温漂更是低至0.02uV/oC。如果说过去斩波调零放大器是串行的话，自归零技术就是并行的，因此TI的自归零放大器和过去的调零放大器相比，拥有更大的带宽（OPA335 的GBW 为2MHz）。同时通过在运放内部的信号链路上放置开关电容陷波器，有效地抑制了开关（测量和调节切换）的高频噪声，使得整流到 1/f段的噪声非常的低。如OPA333 在0.1Hz 到10Hz 间的电压噪声仅为1.1uVpp。

          零交越失真（Zero--Crossover）技术：传统的轨到轨输入COMS运放的输入级采用PMOS和NMOS对管使输入能摆到正负电源轨，但其缺点就是PMOS和NMOS不能完全匹配，导致在两者结合处，会出现共模抑制比下导致的失调电压跳变。TI的零交越失真技术采用内置充电泵产生电压偏置，使只使用一种MOS管就能完成轨对轨输入。这样，使得在整个共模电压范围内都保持优异的共模抑制比，从而保持非常高的精度。如OPA365,非常适合用在16位精度的信号采集电路中。

        4,Difet(绝缘隔离FET)：TI独有的Difet技术免除了结点隔离所需的下级结点二极管，从而设计出了超低输入泄漏的放大器，比如OPA129 的最大输入偏置电流仅为100fA。该绝缘隔离技术能够制作精度非常高的低噪声运算放大器。Difet工艺还使寄生电容和输出晶体管饱和效应减至最小，从而改进带宽特性并获得了更宽的输出摆幅。但其工艺复杂导致价格偏贵，一般应用在高端的医疗和测试设备中。采用不同工艺对运放参数的影响简要列表如下：