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)工程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(dòng)的便攜設(shè)備的需求,，即便對(duì)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(shí)間，而且還可以延緩設(shè)備的老化,。作為集成電路中最基本的單元,，運(yùn)算放大器的重要性眾所周知。在低壓運(yùn)算放大器中,，由于電源電壓的降低，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍減小,，同時(shí)噪聲信號(hào)幅度相對(duì)增大,，放大器的信噪比降低。在越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,，客戶迫切需要完美的模擬設(shè)計(jì)方案,。為解決這些設(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)放來滿足市場需求,。
開發(fā)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(gè)人保健的移動(dòng)手持式醫(yī)療電子設(shè)備也同樣在快速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于手持式除顫儀,、動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)視儀,、家庭用監(jiān)護(hù)儀的需求越來越強(qiáng)勁。另一種典型的手持式醫(yī)療產(chǎn)品就是非接觸式紅外測溫儀,，從2003年的非典到近年來的甲流,，非接觸式紅外測溫儀不需要接觸物體即可測得物體的溫度，這個(gè)特點(diǎn)使其在一些容易傳染的疾病或者比較危險(xiǎn)的行業(yè)進(jìn)行測溫成為最好的選擇,。設(shè)計(jì)這類產(chǎn)品不是一件容易的事,，選擇適當(dāng)?shù)脑詽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)際大小等都是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中必須考慮的問題,。
不論是溫度、脈搏,、血糖讀取或是其它生物傳感器,，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)男盘?hào)放大調(diào)理鏈路都是十分重要的問題。在模擬前端電路中,，運(yùn)算放大器是最關(guān)鍵的單元,，這種電路中通常選擇低噪聲、高精度,、低功耗,、低偏置電流的運(yùn)算放大器。信號(hào)鏈的第一級(jí)一般使用高共模抑制比,、低偏置電流（特別是對(duì)紅外傳感器）,、低噪聲的運(yùn)放；第二級(jí)會(huì)選用低功耗,、高精度,、低噪聲的運(yùn)算放大器。信號(hào)鏈的下一階是性能良好的delta-sigma或逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）,。單周期濾波器設(shè)置以及隨需轉(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(gè)干凈、精確而有意義的信號(hào)輸入到系統(tǒng)微處理器或DSP中,。（圖1）
紅外測溫系統(tǒng)是利用物體的輻射能量與溫度有關(guān)的原理而組成測溫的系統(tǒng),。將普朗克公式在探測器工作波長范圍內(nèi)積分可以得出目標(biāo)輻射率的大小與目標(biāo)溫度間存在著固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用紅外探測器測出目標(biāo)的熱輻射功率,，就能計(jì)算出目標(biāo)的表面溫度,，這是紅外測溫的理論基礎(chǔ)。如圖2所示,，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大,、濾波，與溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)進(jìn)行修正和補(bǔ)償,，最后得到與被測物體溫度成正比的電壓,。
在這些應(yīng)用中，運(yùn)算放大器是非常關(guān)鍵的器件,，因?yàn)槟壳笆殖质綔囟扔?jì)使用電池供電,，要求極低的功耗,。此外，在紅外應(yīng)用中,，低偏置電流也是一個(gè)重要因素,，因?yàn)闇囟扔?jì)是一個(gè)數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)，而且是一個(gè)頻率比較低的系統(tǒng),，需要低的失調(diào)電壓和低的噪聲,。
用DIO2051/2052實(shí)現(xiàn)血氧儀和紅外測溫儀
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)工程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(dòng)的便攜設(shè)備的需求,，即便對(duì)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(shí)間，而且還可以延緩設(shè)備的老化,。作為集成電路中最基本的單元,，運(yùn)算放大器的重要性眾所周知。在低壓運(yùn)算放大器中,，由于電源電壓的降低,，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍減小，同時(shí)噪聲信號(hào)幅度相對(duì)增大,，放大器的信噪比降低,。在越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，客戶迫切需要完美的模擬設(shè)計(jì)方案,。為解決這些設(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)放來滿足市場需求,。
開發(fā)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(gè)人保健的移動(dòng)手持式醫(yī)療電子設(shè)備也同樣在快速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于手持式除顫儀,、動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)視儀,、家庭用監(jiān)護(hù)儀的需求越來越強(qiáng)勁。另一種典型的手持式醫(yī)療產(chǎn)品就是非接觸式紅外測溫儀,，從2003年的非典到近年來的甲流,，非接觸式紅外測溫儀不需要接觸物體即可測得物體的溫度，這個(gè)特點(diǎn)使其在一些容易傳染的疾病或者比較危險(xiǎn)的行業(yè)進(jìn)行測溫成為最好的選擇,。設(shè)計(jì)這類產(chǎn)品不是一件容易的事,，選擇適當(dāng)?shù)脑詽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)際大小等都是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中必須考慮的問題,。
不論是溫度、脈搏,、血糖讀取或是其它生物傳感器,，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)男盘?hào)放大調(diào)理鏈路都是十分重要的問題。在模擬前端電路中,，運(yùn)算放大器是最關(guān)鍵的單元,，這種電路中通常選擇低噪聲、高精度,、低功耗,、低偏置電流的運(yùn)算放大器。信號(hào)鏈的第一級(jí)一般使用高共模抑制比,、低偏置電流（特別是對(duì)紅外傳感器）,、低噪聲的運(yùn)放；第二級(jí)會(huì)選用低功耗,、高精度,、低噪聲的運(yùn)算放大器。信號(hào)鏈的下一階是性能良好的delta-sigma或逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）,。單周期濾波器設(shè)置以及隨需轉(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(gè)干凈、精確而有意義的信號(hào)輸入到系統(tǒng)微處理器或DSP中,。（圖1）
紅外測溫系統(tǒng)是利用物體的輻射能量與溫度有關(guān)的原理而組成測溫的系統(tǒng),。將普朗克公式在探測器工作波長范圍內(nèi)積分可以得出目標(biāo)輻射率的大小與目標(biāo)溫度間存在著固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用紅外探測器測出目標(biāo)的熱輻射功率,，就能計(jì)算出目標(biāo)的表面溫度,，這是紅外測溫的理論基礎(chǔ)。如圖2所示,，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大,、濾波，與溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)進(jìn)行修正和補(bǔ)償,，最后得到與被測物體溫度成正比的電壓,。
在這些應(yīng)用中，運(yùn)算放大器是非常關(guān)鍵的器件,，因?yàn)槟壳笆殖质綔囟扔?jì)使用電池供電,，要求極低的功耗,。此外，在紅外應(yīng)用中,，低偏置電流也是一個(gè)重要因素,，因?yàn)闇囟扔?jì)是一個(gè)數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)，而且是一個(gè)頻率比較低的系統(tǒng),，需要低的失調(diào)電壓和低的噪聲,。
用DIO2051/2052實(shí)現(xiàn)血氧儀和紅外測溫儀
為滿足這些市場的需求，帝奧微電子專門開發(fā)了DIO2051/2052芯片,。DIO2052/DIO2051具有寬的共模輸入范圍和寬輸出電壓擺幅,，電源工作電壓范圍從2.1V到5.5V，溫度工作范圍從-40℃到125℃,。DIO2052/DIO2051的帶寬是500kHz,，每個(gè)通道的靜態(tài)功耗為16uA。采用CMOS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）,，并可實(shí)現(xiàn)高的CMRR和PSRR（如表2所示）以及低靜態(tài)功耗（如表3所示）,。同時(shí)，DIO2052/DIO2051具有極低的offset（小于1mV）和低輸入噪聲（＞10kHz,，20Nv/sqrt（Hz））（如表4所示）,。
帝奧微電子的DIO2052在血氧儀應(yīng)用（圖3）中，扮演了非常關(guān)鍵的角色,。第一級(jí)用3個(gè)運(yùn)放搭建成全差分模式作為信號(hào)的輸入級(jí),，提供了很高的共模抑制比，較寬的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍,，最重要的是省掉了昂貴的儀表運(yùn)放,。第二級(jí)用兩個(gè)運(yùn)放作為信號(hào)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),。在血氧儀應(yīng)用中,，可使客戶實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比，提高產(chǎn)品的競爭力并加快上市時(shí)間,。
在光電式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)中，采用DIO2052非常符合設(shè)計(jì)的要求（圖4）,。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,；極低的功耗（16uA）使得電池供電的溫度計(jì)可以長時(shí)間工作,，降低了使用成本,；DIO2052低于1mV的VOS，提高了溫度計(jì)的測量精度,；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，可以在一些危險(xiǎn)惡劣的環(huán)境下使用,。
本文小結(jié)
隨著人們對(duì)自己的健康狀況越來越關(guān)注,，便攜式醫(yī)療產(chǎn)品得到快速發(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。