【導(dǎo)讀】軌到軌運放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場合。因此，你應(yīng)該了解軌到軌運放的工作原理，同時對采用軌到軌運放的設(shè)計做一些權(quán)衡。
軌到軌運放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場合。因此，你應(yīng)該了解軌到軌運放的工作原理，同時對采用軌到軌運放的設(shè)計做一些權(quán)衡。
圖1所示是一個典型的軌到軌輸入級，包含N溝道和P溝道輸入對管。其中，P溝道場效應(yīng)管負責(zé)接近負電源軌部分輸入電壓的導(dǎo)通，這個電壓可以稍微低于負電源軌（如果是單電源供電，則可以稍微低于地電位）。N溝道場效應(yīng)管負責(zé)接近正電源軌部分輸入電壓的導(dǎo)通，這個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輸入級連接到后級。在離正電源軌大約1.3V時，許多雙輸入級運放會發(fā)生輸入級切換。在這個電壓下發(fā)生切換的原因是，超過這個電壓時，P溝道輸入級的門極驅(qū)動電壓已經(jīng)很小，不足以驅(qū)動P溝道輸入對管，因此輸入級被切換到N溝道輸入級。
P溝道輸入級和N溝道輸入級輸入失調(diào)電壓不同。如果共模輸入電壓范圍包含了輸入級電壓切換點的話，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。一些運放在出廠時經(jīng)過激光或電子校準(zhǔn)以減少其輸入級的失調(diào)電壓。這也減少了在切換輸入級時失調(diào)電壓的改變量，但改變還是會存在。控制切換輸入級的電路是根據(jù)輸入電壓和正電源軌的相對電壓來決定何時切換的，而不是根據(jù)輸入電壓和地的相對電壓來決定何時切換。這樣，對于一個3.3V供電的運放，輸入級切換點就落在了一個尷尬的地方-電源中點。
雖然大多數(shù)應(yīng)用都忽略這點，但是這種輸入失調(diào)電壓的改變在需要高精度的場合下會成為一個問題。在交流運用中，它還會帶來失真。但這里要強調(diào)的是，這種情況只會在輸入電壓范圍包含了輸入級電壓切換點的情況下才會發(fā)生。
圖2所示為另一種類型的軌到軌輸入級。內(nèi)部電荷泵將電壓提升，使得P溝道輸入級供電電壓超過正電源軌大約2V。采用這種設(shè)計只需要一個輸入級就可以實現(xiàn)從低于負電源電壓到高于正電源電壓的范圍內(nèi)的無縫輸入。因為只有一個輸入級，所以不用擔(dān)心因為輸入級切換帶來的問題。
電荷泵，也許一些設(shè)計者聽到這個詞就感到毛骨悚然。“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。由于只需要對輸入級供電，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，以至于在時域中很難看見。然而，那些在帶內(nèi)噪聲級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放嗎？許多工程師干脆直接使用軌到軌運放，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合均使用相同的運放。然而無論你如何選擇，了解關(guān)于軌到軌輸入運放以及如何權(quán)衡的知識，可以更明智的選擇運放。
這里有一些運放的例子：
OPA340 雙輸入級，校準(zhǔn)輸入偏置，5.5MHz 軌到軌 CMOS
OPA343 雙輸入級，未校準(zhǔn)輸入偏置，5.5MHz軌到軌CMOS
OPA320 輸入級電荷泵，校準(zhǔn)輸入偏置，20MHz 軌到軌CMOS
OPA322 雙輸入級，未經(jīng)過校準(zhǔn)，20MHz 軌到軌CMOS
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