1、減小運(yùn)算放大器的功率 李德潤 隨著系統(tǒng)的變大，減小功耗在許多電子系統(tǒng)中變得更加重要，設(shè)計(jì)人員利用各種電源管理方案，為各子系統(tǒng)提供合理，必須的電源。關(guān)閉各個(gè)部分的電源很容易，而重新接通某部分的電源時(shí)，不僅應(yīng)該考慮加電期間各步驟的次序，而且需要考慮系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)變化，以確保加電成功。運(yùn)算放大器加電需要遵循以下三步：(1)要有合適的接地；(2)加電前放大器輸入引腳上無電壓；(3)給放大器加電。第一步通常很容易，多數(shù)時(shí)候放大器的接地引腳直接接地。第三步中如果加電太快或太慢可能會(huì)帶來問題。困難的是第二步，確保加電之前輸入引腳上沒有電壓。在放大器加電時(shí)，輸入引腳帶電會(huì)造成以下后果，即：放大器閉鎖，主要是CM

2、OS放大器的問題；EDS(靜電放電)二極管通電和不穩(wěn)定輸出，也會(huì)影響放大器。閉鎖導(dǎo)致過熱熔化當(dāng)放大器內(nèi)部的晶體管和它們下面的裸片基片之間的P-N接頭產(chǎn)生寄生SCR時(shí)，就會(huì)發(fā)生閉鎖。SCR是四層 (PNPN) 器件，一旦觸發(fā)就會(huì)保持導(dǎo)通，直到電源切斷。圖1所示為互連的PNP及NPN晶體管的示意圖，當(dāng)電流在晶體管基極中流動(dòng)時(shí)，電流將會(huì)自我生成，并把該結(jié)構(gòu)鎖在導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)致焊線熔化或該零件損壞。這主要是CMOS器件的問題。通過給放大器的輸入引腳串聯(lián)高阻值的電阻器可以消除閉鎖。設(shè)計(jì)者需要在各種溫度、供電電壓和電源接通速度下評估電路，以避免閉鎖。限制輸入到放大器的電流，可以使放大器免于毀壞，但無法阻止閉

3、鎖。閉鎖發(fā)生后，必須先切斷其供電引腳和輸入引腳的電源，再重新給放大器加電接通。ESD二極管提供保護(hù)途徑現(xiàn)代放大器的引腳上都有一對ESD二極管，保護(hù)其內(nèi)部電路免受靜電放電的破壞。如果靜電放電是“正”進(jìn)入輸入引腳(如圖2所示)，那么高壓側(cè)二極管會(huì)把能量傳導(dǎo)到電源的 “正”電源電壓軌。如果放電為“負(fù)”，那么低壓側(cè)EDS二極管會(huì)前向偏置，并把輸入引腳固定到底部電源電壓軌。在這種方式中，所有引腳偏離供電引腳不超過0.6 V。圖2中，當(dāng)放大器處于斷電狀態(tài)時(shí)，輸入引腳的低阻抗電壓，使ESD二極管導(dǎo)電。如果串聯(lián)兆歐級電阻，將會(huì)使ESD二極管前向偏置，導(dǎo)致3微安輸入電流無法正常加電。如果放大器的輸入引腳直接連接

4、到電源，低阻抗源極可以提供足夠電流，使二極管前向偏置，然后流入電路板的整個(gè)電源節(jié)點(diǎn)，為整個(gè)系統(tǒng)加電。如果電流足夠大(100毫良好的設(shè)計(jì)可以減少運(yùn)算放大器的加電問題圖4隨著溫度降低VBE升高)，ESD二極管將會(huì)熔化并短路。和閉鎖一樣，解決辦法就是給輸入引腳增加串聯(lián)電阻。這將確保不會(huì)有足夠的電流通過ESD二極管給系統(tǒng)供電。ESD二極管本身可以承受數(shù)十毫安電流，因此它幾乎不會(huì)損壞。但此時(shí)，浪費(fèi)電流通常更成問題。應(yīng)盡可能使電路中的電源和輸入引腳設(shè)在禁用狀態(tài)。當(dāng)放大器在規(guī)定電壓以下工作時(shí)，就無法保證穩(wěn)定輸出。通常，輸出在整個(gè)供電電壓范圍內(nèi)擺動(dòng)，直到放大器達(dá)到最低工作電壓。過快加電可能會(huì)藕合到輸出，也導(dǎo)致

5、異常。因此，在放大器測試時(shí)，應(yīng)確保所處的系統(tǒng)使用的電源與最終產(chǎn)品中的一樣。由于模擬系統(tǒng)是用實(shí)驗(yàn)室電源開發(fā)測試的，而實(shí)際產(chǎn)品中有噪音、軟啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)等，為確保正常工作，在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。低溫也會(huì)帶來問題高溫是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大敵。器件過熱不僅費(fèi)電，還導(dǎo)致性能受損，最終使零件熔化。同時(shí)，半導(dǎo)體的物理性能在低溫時(shí)也不好。溫度降低時(shí)，晶體管VBE會(huì)升高，并可能接近1V，如圖4所示。1V的VBE使人們很難設(shè)計(jì)出在1.2V電源下的器件。另外，低溫時(shí)還可能發(fā)生穩(wěn)定性方面的問題，例如，有時(shí)在容性負(fù)載下可能會(huì)產(chǎn)生震蕩。關(guān)鍵是利用器件數(shù)據(jù)表中處理溫度效應(yīng)的圖表部分，在低溫和高溫下測試和評估設(shè)計(jì)系統(tǒng)。正確選擇放大器可以

6、有效地解決電源定序等許多問題。VIP10 IC采用電介質(zhì)絕緣、互補(bǔ)雙極性工藝，它在粘合的硅片上運(yùn)用了深溝 (deep-trench) 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了完全的電介質(zhì)絕緣和最優(yōu)的高速放大器性能。還可以選擇具有關(guān)閉功能的器件。給放大器一直供電，可以幫助把閉鎖和ESD二極管供電問題降到最低程度。LMV118是一種滿擺幅輸出電壓反饋放大器，工作頻率達(dá)45MHz。輸出電流達(dá) 20mA，自身僅耗電600mA。通過工藝增強(qiáng) (VIP10)和設(shè)計(jì)架構(gòu)的共同作用，重要的器件參數(shù)，比如頻寬范圍、壓擺率和輸出電流，均相對獨(dú)立于工作供電電壓。在關(guān)閉模式下，LMV118所有內(nèi)部器件偏置都被關(guān)掉，耗電降到最低程度，電流不足50mA。另外，放大器的輸出進(jìn)入高阻抗模式。LMV118的完全接通和切斷時(shí)間在很大程度上將隨輸出負(fù)載情況、輸出電壓和輸入阻抗變化，一般情況下，這些時(shí)間被限制在1ms以下。此外，LMV118可以工作在-40，確保器件在低溫下的性能。（這個(gè)星期有3，4門包括二專的考試，絕大部分的時(shí)間都投入了復(fù)習(xí)，沒有好好認(rèn)真地去寫這篇論文，請老師原諒。這篇論文是我從網(wǎng)上查到的資料，通過自學(xué)