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低功耗高速全差动放大器为ADC加点料

发布时间:2020-06-30 17:43:47 阅读: 来源:存包柜厂家

本文引用地址:在很多公司被摩尔定律忽悠得妻离子散(拆分、裁员),在金融海啸中濒临家破人亡时(自插草标待售,申请破产保护)。大家也不想想,三五年前,专家就预测摩尔定律还能坚持15年,那时还不找个其他出路,闹得现在印钞机变成了老虎机!

去年2月,笔者就曾在《电子产品世界》P20写了一篇《不和摩尔定律较劲》,介绍Cypress(赛普拉斯)公司CEO在2001年网络泡沫后的顿悟。还有一些公司(在此就不一一表扬了),大力发展模拟等业务。

这里要提到的是TI(德州仪器)的模拟放大器业务。2月12日,该公司在京举行了该公司2009年第一场新闻发布会,竟是模拟类的一款放大器!TI这家DSP(数字信号处理器)领域的霸主,竟十分看重一款模拟产品,实在令人可圈可点。这意味着:满足各种特定数字应用的高性能模拟产品,由于其可观的利润(半导体中利润最高者),已经成为很多大公司看重的增长点。

照片1 TI在2月12日的北京发布会现场,讲演者为王胜工程师(此照片由精英公关提供)

TI推出的THS4521、THS4522以及THS4524号称是业界最低功耗的高速全差动放大器,其用途是针对单通道和多通道逐次逼近寄存器(SAR)与Δ-Σ 模数转换器 (ADC),可谓为实现高精度ADC的锦上添花。非常适用于需要高分辨率、高精度以及出色动态范围的工业、医疗等应用,例如压力表与流量计、测震设备以及心电图机等。

照片2 THS452x与ADC的对接示意图

实现差分ADC驱动的三种方案

对于放大器来说种类很多,例如运算放大器,音频功率放大器,差动放大器,仪表放大器,隔离模拟放大器等。

据TI模拟器件事业部业务拓展工程师王胜介绍,差动放大器本身来说不是一个新鲜东西,但是如果是各种性能集于一身的话就是很难能可贵的,或者目前在整个半导体行业还是很少见的,TI公司的THS4521、THS4522以及THS4524就是这么一类全新产品。

我们知道,现在随着数字世界、数字生活随处可见,必然产生了一个AD(模数)转换的功能,对于ADC来说前面一定要有一个类似调理或者放大的功能电路,哪怕是呈现在一个具体的芯片上或者呈现在某一个具体的功能模块里面,那么至少有类似的东西。 对于整个系统来说,单从精度角度来看,ADC对性能或精度有决定性作用,不过其前端的模拟电路(即前端信号调理电路),对整个系统的性能影响也至关重要。为了迎合这种需求,TI此次发布的差动放大器可以实现对ADC系统的精度提升等功能,例如从功耗以及设计简单程度角度,它都是一款有很多优点的差动放大器。

在高分辨率和高精度应用中,怎样才能使ADC在严格的功率限制内实现宽泛的动态范围。通常有三种方案(如图1)。

图1 三种差分ADC驱动的方案

第一,单端放大器实现,包括高速的、高精度的、低功耗的等等各种指标的单端放大器。但是其毕竟还是一个单端的。因此实现最前端、最后端ADC插入输入满足的话,一个放大器是实现不了的,一定要用多个放大器,放大器至少要两个或者更多基于不同的设计要求。这样一来就会带来一个直观的结果,即实现一个差分而引入很多复杂电路,那这样对设计和整个精度的挑战就是一个折中了。所以基于这种情况下,当对差分输入ADC进行驱动的时候,通常这种单端放大器类的产品是很难简单实现的。

第二种方案是采用一个差动放大器。差动放大器信号形式基本满足了差分,但是除了最基本的要求以外,还有很多其他的要求,比如噪声、功耗、供电形式、设计……,这些能否简单化?这对一个系统设计是至关重要,所以对于差分ADC等应用,通常这种高功耗放大器不是一个十全十美的选择。 第三种方案,即以TI新的THS452x差动放大器为代表的芯片来驱动ADC或类似应用,会把前两种选择的弊端大大降低,当然不可否认,THS452x肯定也会有功耗、误差、噪声,但是可以把这些降到最低。目前看到所有的差分驱动里面,相对而言第三种方案应该是一个比较好的选择。

TI差分放大器产品家族秀

再来看看图2,可见TI高速全差分放大器产品阵营。这里突出的是高速度,因为带宽最高到2GHz左右。不过,往右看时发现,尽管整个带宽越来越窄,但是其噪声性能相对整体来说却很高,因此相对值比右边高。但是如果在这么一个宽电压输入范围之内。不过,从宽电压供电的一个系统来看,实际上即使右边的噪声水平也不是一个很高的水平。

图2 TI全差动放大器阵营

那么相对于两端,这次发布的产品介于中间。但是这次发布还有一个特点,即可以实现多通道;而以往其他产品都是单通道,而这次发布的系列产品既有两通道的,还有四通道。

从带宽来看,一般大约在一两百兆赫兹带宽范围之内(带宽不那么宽),但是TI针对的应用是不一样的,比如THS452x高速差动放大器产品主要是针对测试计量设备、高速数据采集设备,以及高精度的特殊应用。

THS452x系列的主要特性与优势

图3 THS452x的性能突破

•与同类竞争产品相比,静态流耗仅为一半(单位通道为 1.14 mA),而断电电流可降低 22 倍 (20 uA);

•可将带宽提高超过 30%,支持 145 MHz 与 490 V/us 的压摆率,无需提高系统功耗即可缓冲并放大信号;

•可在输入电压噪声仅为 4.6nV/rtHz 的情况下将动态范围/灵敏度提高 44%,实现最小化失真;

•可针对 TI SAR 与 Δ-Σ ADC 提供高性能缓冲,满足高精度低功耗系统的要求;

•输出共模控制可实现便捷的 DC 耦合,而负轨输入与轨至轨输出功能则可简化设计工作,缩短开发时间;

•既接受 +3 V 至 +5 V 的单电源供电,也接受 +/-1.5 V 至 +/- 2.5 V 的双电源供电,可实现电源的高灵活性;

•支持单、双以及四配置选项,可节省板级空间。

感悟

由于个性的工业和快速的消费市场的需求,使得我们所面对的市场变得越来越细分和专业。以前生产产品往往追求通用和高量,但是现在要求不断变化、细分和更加专业化。半导体市场开拓就是那几套路,就看谁会为某块市场加点料。

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