德州儀器再度為運算放大器設計帶來革命

本文作者:admin       點擊: 2006-09-12 00:00
前言:
由於可攜式電子系統產品當道,為了延長電子產品的電池使用時間,系統中的各項IC零組件所的操作電壓都在不斷下降以求降低功耗。但對於運算放大器來說,輸入訊號的電壓越小,則雜訊的控制就變得越困難,而且軌對軌輸出入這項規格也因而變得更加重要。但是,實現軌對軌輸出入並非全無代價,而其中最讓工程師感到困擾的,就是交越(Crossover)區段的訊號非線性所造成的雜訊與潛在EMI問題。德州儀器的OPA365,則是實現零交越(Zero Crossover)的一顆英雄產品。


實現零交越的關鍵─Charger Pump

德州儀器高效能類比產品經理吳侑庭指出,雖然支援軌對軌輸出入對於運算放大器的重要性日益提昇,但由於交越的問題,使得工程師在使用運算放大器時常常會遭遇到一些困擾,例如輸出訊號的線性度降低等等失真問題。在運算放大器中整合一顆Charger Pump可以讓運放僅靠著一組MOSFET便實現軌對軌輸出入功能,但由於Charger Pump必須搭配一顆外部電容才能作用,因此這樣的解決方案在應用上受到很大的侷限,因為許多應用系統根本就沒有這樣的空間餘裕。

如果能夠將外部電容也整合到晶片中,這樣的設計架構就會變得更實用,而這也是TI HPA07製程的優勢所在。吳侑庭表示,透過利用電晶體來模擬外部電容的技巧,OPA365的外部電路設計變得非常簡潔,可以應用在GPS、專業收音麥克風等板面積有限的系統中,而其超低失真(0.0006% THD+N)與低雜訊(4.5nV/rtHz)的特性,以及CMRR最小值僅為100dB的特性,更可以滿足像是資料擷取、醫療裝置等對精度要求較高的應用系統。

OPA365的特殊應用

標準線性產品的應用本來就非常廣泛,從工業控制、儀表、到消費性電子產品都有可能。而OPA365讓人印象最深刻的應用實例之一就是食品填充機台。吳侑庭表示,OPA365在台灣最主要的應用領域之一,就是用在像飲料、沙拉油等流體物質的填充包裝機上。這類系統的前端一定有一顆流量感測器,用來偵測流過填充嘴的液體數量。低失真度的OPA365可以緊接在感測器之後來進行訊號放大的動作,再將訊號傳送到更後段的中央控制系統上。值得一提的是,由於流體難免會有沾黏或殘留在填充嘴中的情況,這會影響系統在進行流量偵測時的精準度,因此整個填充嘴,連同其中的感測器與運算放大器,基本上都算是必須按時更換的系統耗材。

雖然整個噴嘴連同其中主被動電子元件的總成本不低,但為了維護整個系統的流量偵測準確,這樣的成本支出是必要的。而這個例子也正好為標準線性產品為何在近年來市場規模成長快速的原因下了一個妥適的註腳─數位化的程度越高,將帶來更多類比元件的需求。

照片人物:TI高效能類比產品經理吳侑庭

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