放大器的發(fā)展趨勢

                     

    也許上面這張圖片最能反映放大器的工作，放大的同時帶來信號的失真和噪聲，反饋等技術(shù)的應(yīng)用最終有限度地解決了放大器的必然缺陷，人們對放大器的要求開始轉(zhuǎn)向其他方面。

    幾乎現(xiàn)階段每個完整的電子產(chǎn)品中都離不開放大器，而放大器性能的提高對電子產(chǎn)品的功能起著重要的決定作用。說不清是放大器的發(fā)展決定了電子產(chǎn)品的發(fā)展進程還是電子產(chǎn)品的發(fā)展需求推動了放大器的發(fā)展空間，從電子產(chǎn)品的發(fā)展需求和放大器的發(fā)展趨勢分析中我們或許可以尋找到答案。

    運算放大器歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，從早期的真空管演變?yōu)楝F(xiàn)在的集成電路，根據(jù)不同的應(yīng)用需求主要分化出通用型、低電壓/低功耗型、高速型、高精度型四大類運放產(chǎn)品。一般而言，高速運放主要用于通信設(shè)備、視頻系統(tǒng)以及測試與測量儀表等產(chǎn)品；低電壓/低功耗運放主要面向手機、PDA等以電池供電的便攜式電子產(chǎn)品；高精度運放主要針對測試測量儀表、汽車電子以及工業(yè)控制系統(tǒng)等。通用運算放大器應(yīng)用最廣，幾乎任何需要添加簡單信號增益或信號調(diào)理功能的電子系統(tǒng)都可采用通用運放。信息家電、手機、PDA、網(wǎng)絡(luò)等新興應(yīng)用的興起，為運算放大器提供了活躍的舞臺，同時也對其提出新的技術(shù)要求。

     未來放大器市場增長的驅(qū)動力主要有三方面：其一，便攜式應(yīng)用的低功耗要求將推動具有低操作電源電壓/電流的放大器增長；其二，高分辨率應(yīng)用需要能降低噪聲和失真度的放大器；其三，由于性能和價格壓力持續(xù)上揚，因此能夠集成其他功能的放大器前景樂觀。測試和測量、通信、醫(yī)療影像等領(lǐng)域的先進應(yīng)用是提升放大器性能的主要驅(qū)動力；DSL和消費類視頻應(yīng)用是最大的市場，而且未來將繼續(xù)此趨勢。其中，DSL運放的增長點主要在于線路驅(qū)動器。而整合了濾波、多路技術(shù)以及DC恢復(fù)等功能的消費類視頻放大器也被看好。從應(yīng)用的角度講，不同的系統(tǒng)對運放有不同要求，選擇合適的運放對于系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要。對于通信、高速測量儀表及超聲波設(shè)備等高速應(yīng)用，交流特性極為重要。但對于低速的高精度系統(tǒng)，直流方面的特性則通常更為重要。衡量系統(tǒng)在交流特性方面的參數(shù)有信號帶寬、失真率、噪聲等；而衡量系統(tǒng)在直流特性方面的參數(shù)有輸入補償電壓、開環(huán)增益、輸入偏置電流及共模抑制比等。

通信和視頻應(yīng)用使高速運放成為焦點

    高速運放泛指頻寬高于50MHz的運放，而現(xiàn)在為了與信號鏈后端組件(例如高速ADC或處理器)的需求相匹配，運放的頻寬記錄已突破GHz。這主要源于后端組件的效能近年來顯著提升，因而位居信號鏈前端的運放為了與后端組件相匹配，以避免拖累信號鏈的整體效能表現(xiàn)，于是開始向高速化發(fā)展，未來高速運放可能躍升為主流運放產(chǎn)品?？傮w而言，高速運放主要應(yīng)用在xDSL調(diào)制解調(diào)器、機頂盒以及視頻系統(tǒng)中，或是擔(dān)任高速ADC的前級信號調(diào)整角色。這類運放對于信噪比和失真度的要求最為嚴(yán)格，因此半導(dǎo)體廠商在設(shè)計這種運放時，普遍采用差動輸出的形式。

    與傳統(tǒng)采用“二入一出”架構(gòu)的運放相比，“二進二出”的差動輸出由于同時輸出兩個反相的信號，因此系統(tǒng)工程師可以通過兩個信號的比較得知輸出信號在未受噪聲或失真影響前的波形，從而使設(shè)計工程師可以及時解決信號鏈上可能出現(xiàn)的問題。 

便攜式應(yīng)用催生低電壓/低功耗運算放大器

    隨著手機、PMP等依賴電池供電的便攜式產(chǎn)品出現(xiàn)，強調(diào)低功耗、低電壓的運放應(yīng)運而生。一般定義下的低電壓運放，指工作電壓低于2.5伏特，而所謂的低功耗運放，通常指供電電流低于1mA。這類運放大多用在音頻系統(tǒng)或是電壓比較電路、濾波器等不需要太高頻寬的應(yīng)用。此外，在測試、測量和醫(yī)療系統(tǒng)，工程師也希望在低功耗水平下獲得改進的性能(例如，更高的帶寬、更快的轉(zhuǎn)換率和更低的失真度)，所以在這些領(lǐng)域低功耗運放也有創(chuàng)新機會。

精密運算放大器

    精密放大器最初設(shè)計用于測試和測量設(shè)備，隨著汽車和生產(chǎn)線上的性能監(jiān)視子系統(tǒng)的需要，具有低輸入偏移電壓和偏移電流以及低溫度系數(shù)和噪聲特征的精密放大器開始用于傳感器監(jiān)視。汽車OEM對性價比的要求甚于對使用的精度放大器的要求。這意味著芯片制造商不得不尋找出路，以使用僅僅