《電子技術(shù)應(yīng)用》
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運(yùn)放中“軌至軌”運(yùn)行真正含義是什么?
摘要: 有關(guān)單電源運(yùn)放的一個(gè)熱門討論話題是:它們是否能夠做軌至軌的輸入或輸出運(yùn)行,。單電源運(yùn)放的供應(yīng)商都聲稱自己的放大器有軌至軌輸入能力,,但芯片設(shè)計(jì)者必須做出某些折衷,,才能實(shí)現(xiàn)這類性能,。
Abstract:
Key words :

 

有關(guān)單電源運(yùn)放的一個(gè)熱門討論話題是:它們是否能夠做軌至軌的輸入或輸出運(yùn)行,。單電源運(yùn)放的供應(yīng)商都聲稱自己的放大器有軌至軌輸入能力,,但芯片設(shè)計(jì)者必須做出某些折衷,,才能實(shí)現(xiàn)這類性能,。

圖1 這個(gè)運(yùn)放的組合輸入級采用PMOS和NMOS差分對,,因此輸入電壓范圍可以從正電壓軌直到負(fù)電壓軌,。

一款常見單電源放大器的輸入結(jié)構(gòu)是有并聯(lián)的PMOS和NMOS差分輸入級,它結(jié)合了這些級的優(yōu)點(diǎn),,實(shí)現(xiàn)了真正的軌至軌輸入運(yùn)行(圖1),。當(dāng)VIN+接近于負(fù)電壓軌時(shí),PMOS晶體管完全導(dǎo)通,,而NMOS晶體管完全截止,。當(dāng)輸入接近于正電壓軌時(shí),使用NMOS晶體管,,而PMOS晶體管則截止,。

雖然圖1中小功率精密運(yùn)放OPA344的輸入級可以軌至軌輸入工作,,但電路設(shè)計(jì)者必須解決性能的折衷問題。按圖1中的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),,在放大器共模輸入?yún)^(qū)間內(nèi),,偏移電壓會有很寬的變化范圍。在接近地的區(qū)域,,輸入級PMOS偏移誤差成份占主要地位,。在接近正電源軌的區(qū)域,則主要是NMOS偏移誤差,。

圖2 由于放大器的共模電壓會從地改變到正電源,,因此CMOS放大器的輸入級在低于3V正電源軌約2V時(shí),從其PMOS輸入對完全改變到其NMOS輸入對,。

查看輸入級性能的最佳方式是看偏移電壓與共模輸入電壓之間的關(guān)系(圖2),。圖2中的4.6 MHz軌至軌輸入/輸出CMOS放大器LMP7701在大約1.4V時(shí)表現(xiàn)出了偏移電壓誤差的交叉特性。在較低的共模輸入電壓時(shí),,PMOS晶體管運(yùn)行,,而NMOS晶體管關(guān)斷。在大約1.1V時(shí),,NMOS晶體管開始導(dǎo)通,。隨著共模輸入電壓的升高,電路的NMOS部分最終接手工作,,而PMOS晶體管完全關(guān)斷,。從1.1V至2V區(qū)間,PMOS和NMOS晶體管都在工作,。

要盡量減少這種輸入級的交叉效應(yīng),,有一些電路設(shè)計(jì)技巧;具體可見“軌至軌輸入放大器應(yīng)用解決方案”,。

單電源放大器制造商還稱自己擁有輸出端有軌至軌擺幅的器件,。實(shí)際上對于這些類型放大器,,輸出端不可能完全擺到軌上,,只是能夠接近而已。

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