【導(dǎo)讀】軌到軌運(yùn)放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場(chǎng)合。因此，你應(yīng)該了解軌到軌運(yùn)放的工作原理，同時(shí)對(duì)采用軌到軌運(yùn)放的設(shè)計(jì)做一些權(quán)衡。
軌到軌運(yùn)放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場(chǎng)合。因此，你應(yīng)該了解軌到軌運(yùn)放的工作原理，同時(shí)對(duì)采用軌到軌運(yùn)放的設(shè)計(jì)做一些權(quán)衡。
圖1所示是一個(gè)典型的軌到軌輸入級(jí)，包含N溝道和P溝道輸入對(duì)管。其中，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管負(fù)責(zé)接近負(fù)電源軌部分輸入電壓的導(dǎo)通，這個(gè)電壓可以稍微低于負(fù)電源軌（如果是單電源供電，則可以稍微低于地電位）。N溝道場(chǎng)效應(yīng)管負(fù)責(zé)接近正電源軌部分輸入電壓的導(dǎo)通，這個(gè)電壓可以稍微高于正電源軌。圖中沒有畫出附加電路，這些電路用來切換哪個(gè)輸入級(jí)連接到后級(jí)。在離正電源軌大約1.3V時(shí)，許多雙輸入級(jí)運(yùn)放會(huì)發(fā)生輸入級(jí)切換。在這個(gè)電壓下發(fā)生切換的原因是，超過這個(gè)電壓時(shí)，P溝道輸入級(jí)的門極驅(qū)動(dòng)電壓已經(jīng)很小，不足以驅(qū)動(dòng)P溝道輸入對(duì)管，因此輸入級(jí)被切換到N溝道輸入級(jí)。
P溝道輸入級(jí)和N溝道輸入級(jí)輸入失調(diào)電壓不同。如果共模輸入電壓范圍包含了輸入級(jí)電壓切換點(diǎn)的話，比如在增益為1的情況下，將產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓的改變。一些運(yùn)放在出廠時(shí)經(jīng)過激光或電子校準(zhǔn)以減少其輸入級(jí)的失調(diào)電壓。這也減少了在切換輸入級(jí)時(shí)失調(diào)電壓的改變量，但改變還是會(huì)存在。控制切換輸入級(jí)的電路是根據(jù)輸入電壓和正電源軌的相對(duì)電壓來決定何時(shí)切換的，而不是根據(jù)輸入電壓和地的相對(duì)電壓來決定何時(shí)切換。這樣，對(duì)于一個(gè)3.3V供電的運(yùn)放，輸入級(jí)切換點(diǎn)就落在了一個(gè)尷尬的地方-電源中點(diǎn)。
雖然大多數(shù)應(yīng)用都忽略這點(diǎn)，但是這種輸入失調(diào)電壓的改變?cè)谛枰呔鹊膱?chǎng)合下會(huì)成為一個(gè)問題。在交流運(yùn)用中，它還會(huì)帶來失真。但這里要強(qiáng)調(diào)的是，這種情況只會(huì)在輸入電壓范圍包含了輸入級(jí)電壓切換點(diǎn)的情況下才會(huì)發(fā)生。
圖2所示為另一種類型的軌到軌輸入級(jí)。內(nèi)部電荷泵將電壓提升，使得P溝道輸入級(jí)供電電壓超過正電源軌大約2V。采用這種設(shè)計(jì)只需要一個(gè)輸入級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)從低于負(fù)電源電壓到高于正電源電壓的范圍內(nèi)的無縫輸入。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)輸入級(jí)，所以不用擔(dān)心因?yàn)檩斎爰?jí)切換帶來的問題。
電荷泵，也許一些設(shè)計(jì)者聽到這個(gè)詞就感到毛骨悚然。“產(chǎn)生噪聲的就是它，難道不是嗎？”。但是，目前它已經(jīng)干凈多了，不再產(chǎn)生那么多噪聲。由于只需要對(duì)輸入級(jí)供電，供電電流也小了很多。外置電容也不需要，現(xiàn)在都是內(nèi)部集成。電荷泵產(chǎn)生的噪聲低于帶內(nèi)噪聲，以至于在時(shí)域中很難看見。然而，那些在帶內(nèi)噪聲級(jí)水平做頻譜分析的應(yīng)用中，還是可以看見一些偽影。
不是所有應(yīng)用都需要軌到軌輸入。反向放大電路和增益大于一倍的電路通常就不需要軌到軌輸入，但是卻需要軌到軌輸出。你真的需要軌到軌輸入的運(yùn)放嗎？許多工程師干脆直接使用軌到軌運(yùn)放，這樣不用擔(dān)心共模輸入的范圍。這些工程師在需要和不需要軌到軌的場(chǎng)合均使用相同的運(yùn)放。然而無論你如何選擇，了解關(guān)于軌到軌輸入運(yùn)放以及如何權(quán)衡的知識(shí)，可以更明智的選擇運(yùn)放。
這里有一些運(yùn)放的例子：
OPA340 雙輸入級(jí)，校準(zhǔn)輸入偏置，5.5MHz 軌到軌 CMOS
OPA343 雙輸入級(jí)，未校準(zhǔn)輸入偏置，5.5MHz軌到軌CMOS
OPA320 輸入級(jí)電荷泵，校準(zhǔn)輸入偏置，20MHz 軌到軌CMOS
OPA322 雙輸入級(jí)，未經(jīng)過校準(zhǔn)，20MHz 軌到軌CMOS
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