精密运算放大器技术特点及设计要点

精密运算放大器一般指失调电压低于1mV的运放并同时强调失调电压随温度的变化漂移值要小于100?V。对于直流输入信号，VOS和它的温漂足够小就行了，但对于交流输入信号，我们还必须考虑运放的输入电压噪声和输入电流噪声，在很多应用情况下输入电压噪声和输入电流噪声显得更为重要一些。 精密运算放大器是一种在电子设计中至关重要的组件，主要用于处理高精度和低噪声的信号。这类运放的主要特点是失调电压极低，通常低于1mV，并且失调电压随温度变化的漂移也非常小，小于100?V。在处理直流输入信号时，失调电压(VOS)和其温度漂移是主要考虑的因素。然而，对于交流输入信号，运放的输入电压噪声和输入电流噪声变得更为关键，因为这些噪声会直接影响信号的质量。 传统上，精密运算放大器采用双极型(Bipolar)工艺制造，但这种技术在低功耗和轨对轨输出特性方面存在局限性，且通常需要负电源，这在现代电池供电设备中不切实际。因此，CMOS技术逐渐成为首选，因为它能提供低功耗、高速度、大带宽以及轨对轨输出的特性。 随着数字信号处理(DSP)能力的增强和高速高精度模数转换器(ADC)的发展，模拟信号链的处理方式正在发生变化。许多信号处理任务现在由DSP在数字域内完成，降低了硬件成本。然而，这要求前级运放具备高速、低功耗、低噪声、大带宽、高输入阻抗和轨对轨输出等特性。运算放大器在输入级的噪声性能直接决定了整个系统的性能，因此选择合适的精密运放至关重要。 新型传感器的出现，如应变压力传感器和热电偶，通常输出小幅度的低频信号，这就需要精密运放来保证信号的准确放大。CMOS技术虽然具有较大的失调电压和低频噪声问题，但通过采用自动调零(AutoZero)、相关双采样(CDS)和斩波(Chopping)稳零等技术，可以改善这些性能指标。 以圣邦微电子的SGM8922为例，这款运放具有出色的电压噪声控制、轨对轨输出、宽电源电压范围、高增益带宽积、快速压摆率以及大驱动能力。这些特性使其适用于驱动传感器或作为音频编解码器的输出级。另一款产品SGM855×系列则专注于模拟信号的精密调整，具备超低失调电压、低温度漂移、低静态功耗、高电源抑制比(PSSR)以及低噪声性能，适合用于仪表放大器设计或构建可编程精密运放。 在设计中，结合SGM8922的大驱动能力和SGM855×的高性能调整特性，可以实现灵活多样的系统解决方案。通过添加模拟开关，用户可以创建可编程的精密运放，根据需要动态调整放大倍数，以适应不断变化的系统需求。 精密运算放大器的选择和设计需考虑多个因素，包括失调电压、噪声性能、功耗、带宽、输入阻抗、输出特性等，以确保在各种应用中提供准确、稳定的信号处理。随着技术的进步，新型的CMOS精密运放不断涌现，为工程师提供了更多优化系统性能的可能性。在实际应用中，应根据系统需求选择最适合的运放，以达到最佳的性价比和性能表现。