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          關(guān)鍵運算放大器基本特性與設計考量

          作者: 時間:2012-05-23 來源:網(wǎng)絡 收藏
          微功耗比較器

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/171415.htm

            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?,F(xiàn)實中不乏把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,而定時抖動一直不是比較器的強項。

            圣邦的改進重點在于減少比較器的耗電。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。如圖3所示,SGM8701系列微功耗的工作電流穩(wěn)定在300nA附近的極低水平。

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            圖3: SGM8701 系列比較器工作電流。

            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

            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。如圖4所示的互補雙差分對結(jié)構(gòu)被用于CMOS運放以允許滿幅輸入。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。

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            圖4: 引起交越失真的互補雙差分對輸入結(jié)構(gòu)。

            與輸出圖騰柱結(jié)構(gòu)的輸出交替引起的交越失真不同,輸入相關(guān)的交越失真無法通過提高開環(huán)增益予以改善。SGM8942通過對輸入部分偏置結(jié)構(gòu)的改變避免了使用雙互補差分對結(jié)構(gòu),是一種新型的無交越失真滿幅輸入/輸出型運算放大器。

            輸入相關(guān)交越失真僅發(fā)生在同相放大應用,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。SGM8942成功地應用于微弧檢測、瞬時功率因數(shù)測量和電化學擴散電勢檢測等對微擾敏感的應用中。

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