CMOS 放大器有哪些先进的设计技巧

作者：Soufiane Bendaoud

十多年前，半导体设计与应用工程师在有了可行 CMOS 硅芯片时高兴得相互击掌庆祝，因为它可在 80% 的良率下实现 100uV 以下的放大器输入失调电压。当时，Allen Bradley、John Deere、Rockwell Automation 以及 Siemens 等工业领域巨头都考虑将 CMOS 放大器作为较低成本的平台，但它们很少将其用于实现高性能。

尽管双极性技术依然盛行，但新型 CMOS 放大器正在以先进的设计技巧、高级的微调方法以及提高的良率逐渐打破工艺局限性。

以往，双极性器件在需要高精度的应用领域一直处于工程师的“首选”项。这些器件可实现低于 1uV/ºC 的失调漂移，而 CMOS 的输入级则提供高达 5uV/ºC 的失调漂移。

在 CMOS 输入运算放大器中实现极低失调的挑战在于阀值电压之间的差异（输入差分对）以及栅-源电压与阀值电压之间的差异 （VGS-VTH）。与双极性器件不同，无论在弱反相情况下还是在强反相情况下，失调和失调漂移在 CMOS 器件中都没有关联性。

CMOS 放大器设计中的其它挑战还包括较高的电压噪声闪烁与白噪声以及一个通常低很多的开环增益（这是比双极性输入低的跨导值）。

应对以上挑战的一个途径就是使用自动归零、限幅或二者相结合的方法，其可显著减少失调和漂移（在 CMOS 中），但会增加电路复杂性。限幅自稳放大器可在更大温度范围内提供最低漂移，但其内部结构可对其使用带来一定限制。

另一种方法是选择一款经过精确微调的器件。如欲进一步了解这种良好微调运算放大器的效果，敬请查看最新发布的 OPA192。该器件是 CMOS 放大器设计中名副其实的里程碑成果，能够与现已提供的最佳双极性及 JFET 技术相媲美。

因此，下次您在购买真正高精度运算放大器时，如果您的系统需要低电压工作，可以考虑选择 OPA376 或支持较高电压的 OPA192。

审核编辑：彭菁