近年來,，以電池作為電源的電子產(chǎn)品得到廣泛使用，設計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計技術正成為研究的熱點,。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,，它不但可以延長設備的使用時間,，也可以延緩設備的老化。運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,。為了解決這些設計問題，帝奧微電子公司專門開發(fā)了幾款低功耗低噪聲運放來滿足這個市場需求,。

　　2. 背景

　　隨著醫(yī)療電子設備產(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,，設計這類產(chǎn)品都不是一件容易的事,。選擇適當?shù)脑M足設計規(guī)范要求、盡可能降低成本,、確保設計方案的功率,、特別關注產(chǎn)品的實際大小等等，都是在產(chǎn)品設計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,，煙霧探測設備進入千家萬戶,，對低功耗(電池壽命長)靈敏度和可靠性高的消防產(chǎn)品設計提出了更高的要求。

　　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，實施適當?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,，運算放大器是最關鍵的單元，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),，低噪聲的運放;第二級會選用低功耗,，高精度，低噪聲的運算放大器,。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),。單周期濾波器設置及隨需轉(zhuǎn)換等特性簡化了ADC的設計要求，也提高了轉(zhuǎn)換速度,，并提供了較大的源阻抗,。利用適當?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)成的報警器，能及時報告火警,。在煙霧傳感器中,，安裝著一種對煙霧氣特別敏感的半導體材料，如氧化錫,、氧化鋅等，因而亦稱它們?yōu)闅饷舨牧?。在有煙霧氣的環(huán)境中,，當煙霧氣的濃度達到一定量值時，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警處理，有煙霧進入迷宮時,，光線照射到煙霧粒子上產(chǎn)生散射,，傳感器接收到比較強的光信號，經(jīng)放大后,，邏輯報警電路發(fā)出警報信號,。在這些應用中，運算放大器是其中的關鍵器件,，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,，電阻負載是5K歐姆的條件下，輸出范圍可以達到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在血氧儀中的應用

　　帝奧微電子的DIO2052在血氧儀應用中,，扮演了非常關鍵的角色,。第一級用3個運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放。第二級用兩個運放作為信號放大和有源濾波器設計,，具有良好的信噪比和低失調(diào),。在血氧儀的應用中，使客戶取得了非常高的性價比,，提高了產(chǎn)品的競爭力和加快了上市時間,。

　　光電式煙感DIO2052應用實例

　　在這個光電式煙霧感應器的設計中，設計師采用的DIO2052非常符合設計的要求,。DIO2052具有極低的偏置電流(<1pA),，這樣可以保證遠小于紅外管的暗電流，提高了感應器的可靠性;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,，保證了電路良好的性能和產(chǎn)品的可靠性，符合消防產(chǎn)品的設計理念,。

　　4. 小結(jié)

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