近年來，以電池作為電源的電子產(chǎn)品得到廣泛使用,，設(shè)計(jì)師迫切要求采用低電壓的模擬電路來降低功耗,。低電壓,、低功耗,、低噪聲的模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)。從節(jié)約能源角度考慮,，低的功率消耗不僅是電池驅(qū)動的便攜設(shè)備的需求，即便對使用市電的大型系統(tǒng)也是迫切需要,，它不但可以延長設(shè)備的使用時間,，也可以延緩設(shè)備的老化。運(yùn)算放大器作為集成電路中最基本的單元,，其重要性是眾所周知的,。在低壓運(yùn)算放大器中,，由于電源電壓的降低,，信號的動態(tài)范圍減小,，同時，噪聲信號幅度相對增大,，放大器的信噪比降低,。為了解決這些設(shè)計(jì)問題,，帝奧微電子公司專門開發(fā)了幾款低功耗低噪聲運(yùn)放來滿足這個市場需求。

　　2. 背景

　　隨著醫(yī)療電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,，用于個人保健的移動手持式醫(yī)療電子設(shè)備也同樣在快速發(fā)展。不管是手持式除顫儀還是動態(tài)血糖監(jiān)視儀,，設(shè)計(jì)這類產(chǎn)品都不是一件容易的事,。選擇適當(dāng)?shù)脑M足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,、盡可能降低成本,、確保設(shè)計(jì)方案的功率,、特別關(guān)注產(chǎn)品的實(shí)際大小等等,，都是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中必須考慮的問題。同樣隨著國人安防安全意識的提高,，煙霧探測設(shè)備進(jìn)入千家萬戶,，對低功耗(電池壽命長)靈敏度和可靠性高的消防產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

　　血壓監(jiān)視儀的結(jié)構(gòu)框圖

　　不論是溫度,、脈搏,、血糖讀取或其它生物傳感器，實(shí)施適當(dāng)?shù)男盘柗糯笳{(diào)理鏈路都是最重要的問題,。在模擬前端電路中,，運(yùn)算放大器是最關(guān)鍵的單元，在這種電路中,，一般選擇低噪聲,，高精度,，低功耗，低偏置電流的運(yùn)算放大器,。信號鏈的第一階一般使用高共模抑制比，低偏置電流(特別對紅外管傳感器),，低噪聲的運(yùn)放;第二級會選用低功耗,，高精度,，低噪聲的運(yùn)算放大器,。信號鏈下一階是良好的delta-sigma或逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。單周期濾波器設(shè)置及隨需轉(zhuǎn)換等特性簡化了ADC的設(shè)計(jì)要求,，也提高了轉(zhuǎn)換速度,，并提供了較大的源阻抗,。利用適當(dāng)?shù)牟季旨霸x擇，可將一個干凈,、精確而有意義的信號輸入到系統(tǒng)微處理器/DSP中,。

　　煙感結(jié)構(gòu)框圖

　　煙霧傳感器構(gòu)成的報(bào)警器,，能及時報(bào)告火警,。在煙霧傳感器中,，安裝著一種對煙霧氣特別敏感的半導(dǎo)體材料，如氧化錫,、氧化鋅等,，因而亦稱它們?yōu)闅饷舨牧稀Ｔ谟袩熿F氣的環(huán)境中,，當(dāng)煙霧氣的濃度達(dá)到一定量值時,，氣敏材料內(nèi)部的電阻值就會迅速下降。一旦煙霧氣消失,，它們的電阻值又會恢復(fù)正常,。另外一種煙霧檢測的方法是,，利用紅外光線被煙霧遮擋而造成紅外接收測電流變化而報(bào)警的原理。光電方式又分前向散射與后向散射探測方式,，傳感器安裝在光學(xué)迷宮里,，沒有煙霧時傳感器接收不到或只接收到很微弱的光信號，經(jīng)過放大器放大,，邏輯判斷電路不做報(bào)警處理,，有煙霧進(jìn)入迷宮時，光線照射到煙霧粒子上產(chǎn)生散射,，傳感器接收到比較強(qiáng)的光信號,，經(jīng)放大后，邏輯報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)信號,。在這些應(yīng)用中,，運(yùn)算放大器是其中的關(guān)鍵器件，要求超低功耗,，低偏置電流,，低噪聲。

　　3. 帝奧微電子DIO2051/2052的應(yīng)用

　　帝奧微電子為了滿足這些市場的需要,，特開發(fā)了一款DIO2051/2052芯片來滿足客戶的需求,。DIO2052/DIO2051 有寬的共模輸入范圍和寬的輸出電壓擺幅，電源工作電壓從2.1V到5.5V,，溫度工作范圍從-40℃到125℃,。

　　DIO2052/DIO2051的bandwidth是500kHz，每個通道的靜態(tài)功耗是16uA,。采用CMOS的輸入,，可以得到非常低的輸入偏置電流(0.5pA)。電源電壓為5V,，電阻負(fù)載是5K歐姆的條件下,，輸出范圍可以達(dá)到0.1～4.9V，如表1所示,。高的CMRR和PSRR,，如表2所示。低的靜態(tài)功耗,，如表3所示,。同時，DIO2052/DIO2051具有低的offset(小于1mV),，低的輸入噪聲,，在大于>10kHz，20nV/sqrt(Hz),，如表4所示,。

　　表 1 在不同的電阻負(fù)載條件下,，輸入輸出曲線

　　表 2 PSRR和CMRR

　　表 3　靜態(tài)功耗隨電源電壓變化曲線

　　表 4　等效的輸入噪聲

　　帝奧微電子DIO2052在血氧儀中的應(yīng)用

　　帝奧微電子的DIO2052在血氧儀應(yīng)用中，扮演了非常關(guān)鍵的角色,。第一級用3個運(yùn)放搭建成全差分模式作為信號的輸入級,，提供了很高的共模抑制比，較寬的信號動態(tài)范圍,，最重要的是省掉了昂貴的儀表運(yùn)放,。第二級用兩個運(yùn)放作為信號放大和有源濾波器設(shè)計(jì)，具有良好的信噪比和低失調(diào),。在血氧儀的應(yīng)用中,，使客戶取得了非常高的性價(jià)比，提高了產(chǎn)品的競爭力和加快了上市時間,。

　　光電式煙感DIO2052應(yīng)用實(shí)例

　　在這個光電式煙霧感應(yīng)器的設(shè)計(jì)中,，設(shè)計(jì)師采用的DIO2052非常符合設(shè)計(jì)的要求。DIO2052具有極低的偏置電流(<1pA),，這樣可以保證遠(yuǎn)小于紅外管的暗電流，提高了感應(yīng)器的可靠性;DIO2052具有極低的功耗(<18uA),，使得簡易電池供電煙霧感應(yīng)器可以長時間工作,，即便是組網(wǎng)的煙感，也可以讓更多的終端連接到消防控制中心上;DIO2052良好的共模抑制比,，低噪聲等特點(diǎn),，保證了電路良好的性能和產(chǎn)品的可靠性，符合消防產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念,。

　　4. 小結(jié)

　　隨著人們對自己的健康狀況越來越關(guān)注,，對生存環(huán)境安全性越來越關(guān)注，便攜式醫(yī)療產(chǎn)品,，消防報(bào)警產(chǎn)品必然得到高速的發(fā)展,。低噪聲，高精度,，低功耗的運(yùn)算放大器將廣為終端設(shè)計(jì)所采納,。