意法半导体的高性能运算放大器解决方案意法

1、 2007年 6月1意法半导体的高性能运算放大器解决方案摘要 :意法半导体公司为客户提供全面的通 用运放产品 , 涵盖了低成本的工业标准 运算放大器及低压低功耗的轨对轨产 品 。 目前 目前, , ST 正在将这些优势推广 到高性能运算放大器 到高性能运算放大器, , 特别是低压 特别是低压、 、 低功耗的高精度运算放大器领域 低功耗的高精度运算放大器领域。 。据 WSTS 报告,意法半导体是运算放大 器市场上的一个主要厂商,市场份额超 过 6%,从低成本的工业标准运算放大 器,到低压低功耗的轨对轨产品,意法 半导体在通用运放市场上具有明显的优 势。凭借在工业标准运放市场上的声望 和市场份额(

2、LM358、 LM324和 TL07X 产品, ST 无需做任何广告宣传。 ST 的成功源于优质的客户支持服务, ST 拥 有巨大的产能,交货准备时间短,并不 断地降低价格,回报全体客户。 ST 的使命是为客户提供质量最好的、种 类最齐全的产品,现在 ST 准备把这些优 势 应 用 到 高 性 能 运算 放 大 器 特别 是 低 压、低功耗的高精度运算放大器领域,ST 在这个领域的产品组合正在快速扩 展。本文向您详细介绍这些高性能运算放大 器。1. 新的宽带轨对轨放大器 ST最 近 推 出 了TSV911/2/4和TSV991/2/4两个系列的轨对轨运算放大 器产品,这些新的 CMOS 输入运

3、算放大 器兼有低失调电压、低输入电流、高品质因数和极高的 ESD 防护功能(高于 5000V 人体模型。TSV91x 和 TSV99x 是低压运算放大器, 电源电压范围 2.5V 到 5.5V ,工业温度范 围 -40C 到 125C 。轨对轨输出十分有用,例如,可以提高 输出电压的动态范围,以匹配模数转换 器 的 输 入 范 围(对 10k 电阻 负 载 , Vol/Voh=15mV典型值。这些放大器是 CMOS 输入,这意味着输入偏流和失调 电流都非常低(在 25C 下,典型输入偏 流 /失调电流 1pA ,最大 10pA ;在整个温 度范围内最大 100pA 。因为输入电流很小,这些产品

4、特别适合 高输出阻抗的应用产品,如输出阻抗高 达兆欧姆的光电二极管或压电传感器。 这些运放的输入失调电压也很低, A 版产 品的最高失调电压 1.5mV(TSV91xA/TSV99xA,标准版的最高失 调电压是 4.5mV 。S u p p l y C u r r e n t (m A Input Common Mode Voltage (V图 1: TSV9xx 电源电流对输入共模电压此外,这些产品具有很高的品质因数, 在 2.5V 下典型功耗 780A(见图 1; 同时, TSV91x 系列(单位增益为 1时稳 定的带宽增益积为 8 MHz, TSV99x 系 2007年 6月2列(单位增

5、益等于或大于 3时稳定的 带宽增益积为 20MHz 。当驱动的电容负载超过 200pF 时,应该 在输出端增加一个小串联电阻,以提高 系统的稳定性,如图 2所示。前一个系 列产品的压摆率 4.5V/s,后一个系列产 品的压摆率 10V/s。压摆率高对于某些 应用十分有用,如信号变化非常快的电 机控制回路内的电流测量。单通道版运放采用 SOT23-5封装,双通 道版采用 SO-8或 miniSO-8封装,四通 道版采用 SO-14或 TSSOP14封装。Capacitive load (pF图 2: TSV91x 相角裕度对电容负载曲线电池驱动的尺寸紧凑的便携应用将电路 板 空 间 和 低 电

6、流 功耗 作 为 首 要考 虑 条 件,这些运放的功耗很低,并缩减了裸 片尺寸,是便携应用的理想选择。提高 的精度以及超低输入偏流特别适合解决 传 感 器 的 信 号 调 节 问 题 , 在 -40C 到 +125C 的整个工作温度范围内,两个系列产品均达到了汽车级质量标准。 2.在低压、低功耗、高精度运放市场上, ST 最近还推出了 TS507单通道轨对轨运 算放大器,如果你在寻找一个价格适中 的高精度运放,这款运算放大器是目前 市场上现有的主要的高精度运放中最佳 的解决方案。在封装之后可以调节输入失调电压的方 法是促使产品成本降低的原因,当很多 厂商还在使用非常昂贵的技术(与激光 调阻和斩

7、波器相关的薄膜技术时, ST 开 发 出 了 使 用 标 准 技 术 的 数 字 调 阻 方 法。 TS507是一个集成了数字调阻电路 的轨对轨双极运算放大器,当测量到输 入失调电压时,相关的熔断器被选中然 后熔断,以改正放大器的偏置状况,结 果是输入失调电压极低,典型值 25V, 最大值 100V。但是,当很多厂商保证最大输入失调电 压 出 现 在 输 入 共 模 中 等 电 压 下 时 , TS507在 V CC- 到 V CC+ - 1.2V的整个输入 共模电压范围内保证输入失调电压的性 能。这个性能非常有利于应用设计,因 为输入共模电压通常不同于输入共模中 点电压,特别是在输入共模信号

8、取决于 输入信号大小的非反相放大配置中更是 如此。此外,该系列产品还在整个温度 范围内保证这个参数的性能, C 版保证 最大失调电压 250V(0C 到 85C , I 版保证最大 失调电 压 400V(-40C 到 +125C ,见图 3和图 4。P o p u l a t i o n %Input offset voltage (礦 图 3: TS507 输入失调电压分布图 2007年 6月3I n p u t O f f s e t V o l t a g e (礦 Input Common Mode Voltage (V图 4: TS507 输入失调电压对输入共模电压除了这些优异的精度

9、参数外, TS507还 具有非常好的电气特性,如高开环增益 (5V 时典型值 131dB 和高共模抑制比 CMRR (5V 时典型值 115dB 。 TS507的 其 它 主 要 优 点 是 噪 声 低 (10kHz 时 12nV/ Hz 和输出电流大 (在 V CC =5V下 短 路 配 置 时 最 高 120mA ,见图 5。O u t p u t C u r r e n t (m A Output Voltage (V图 5: 输出电流对输出电压为降低搬运和制造过程中烧毁电路的危 险, TS507将内部静电放电保护功能扩展 到 5kV (人体模型。此外,该系列产 品 的 稳 定 性 也

10、非 常地 出 色, 驱 动 最 高 600pF 的电容负载不会出现任何振荡,同 时输出或灌入直流电流最低 2mA ,见图 6。P h a s e M a r g i n (?DC Ouput Current (mA图 6: TS507 相角裕度对 DC 输出电流曲线TS507的最大受益者是有高精度计算要 求的应用产品,例如:电阻桥中的信号 调节、传感器、医疗仪器和工业仪表。 该产品还达到了汽车产品质量标准,工 作温度达到 -40C 到 +125C 。3. 除这三个新系列产品外, ST 还有大量的轨对轨输入和输出放大器供客户选择, 它们可以处理音频线路、耳机和话筒的 激 励 器 , 调 节 传

11、感 器 等 组 件 的 输 出 信 号。TS921/2/4就属于这一产品组合,它们在 客户中享有很高知名度,在市场上取得 了巨大的成功。虽然首次问世是在 10年 前,但是这些产品因为稳定性高而仍然 深受市场欢迎,驱动最高 1nF 的电容负 载没有任何振荡,该系列产品的其它特 性是低噪声和低失真,更重要的是,电 源电压范围从 2.7V 到 12V 。TS1851/2/4和 TS1871/2/4均能驱动大 电容负载,功耗比较低, TS185x 的功耗 130A, TS187x 的功耗 500A。这两个 新系列产品使 ST 成为第一个推出 1.8V 电压的运算放大器的芯片供应商,这两 个系列产品是通

12、用运算放大器,特别适 2007年 6月4合大多数电池供电的应用设备、便携通 信设备、笔记本电脑以及音频驱动器。 针对音频应用、便携设备和手持通信产 品, ST 推出了 TS971/2/4运算放大器和低 价位的 TS461/2/4系列,这些产品的带宽 达 到 12MHz , 输 入 噪 声 级 非 常 低 , 在 1kHz 时达到 4nV/ Hz ,十分适合 AC 信号 调节应用,如音频信号。在功耗要求非常严格的电池供电设备或 便携应用中, ST 推出了 TS941/2/4轨对 轨输出放大器和 TS931/2/4 CMOS输入 放大器两个产品系列。第一个系列产品的功耗极低,电流消耗 仅为 1.2

13、A,是感烟探测器、瓦斯探测 器、报警器的理想选择; TS93x 的功耗 20A,带宽增益积 100kHz ,极低的输 入偏流深受含有高阻抗传感器的应用设 备的欢迎。对于高阻抗输出传感器, CMOS 输入运 算放大器 TSV91x 和 TSV99x 是信号调 节应用的理想解决方案,不过,如果你 的应用设计需要较高的电源电压或较低 的功耗, ST 还为你提供双电路的 TS912或四电路的 TS914,它们的功耗仅为 200A,带宽增益积高达 800kHz ,电源 电压范围从 2.7V 到 16V ,输入和输出均 是轨对轨。在输入输出为大电流的情况下, ST 有几 个解决方案供用户选择:TS507 (120mA和双路运算放大器 TS982。 TS982能够驱 动最低 2.7V 的 200mA 电流 (电源电压范 围 2.5V 到 5.5V ,该产品是为霍尔传感 器补偿线圈、伺服放大器和电机驱动器 等工业和汽车应用专门设计的,提供轨 对轨输入和输出,单位增益为 1时系统稳定,封装采用焊盘裸露式 SO-8封装, 允许在外界温度很高时输出强流。4. 低价轨对轨运放ST 的产品组合中含有价位非常低的轨对 轨 运 算 放 大 器 , 如 低 压 、 低 功 耗 的 LMV321/358/324, 它 们 的 电 压