目前全球運(yùn)算放大器廠商包括,德州儀器、亞德諾、凌力爾特、美信、意法半導(dǎo)體、圣邦微電子、思瑞浦、潤石等等,看起來品牌眾多,每家的型號也都成千上百,今天我們主要以高精度這個(gè)維度,來看看這個(gè)地球上最強(qiáng)的運(yùn)算放大器。
結(jié)合實(shí)際在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一些基本要求,我們提出四個(gè)篩選條件:
1. 供電電壓: 36V 2. 增益帶寬積(GBW): 5MHz 3. Offset Voltage 10uV VOS (max) 4. 2通道(2通道是最通用的選擇)
5MHz GBW基本是工業(yè)應(yīng)用中采樣電壓、電流(逆變器、變頻器、伺服控制器、電梯控制器等應(yīng)用)對增益帶寬積的一個(gè)比較普遍的要求,10uV的VOS則是對高精度的一個(gè)要求。
首先我們在ADI官網(wǎng)檢索(檢索條件:2通道,5MHz GBW,10uV VOS, 36V供電),可以看到ADI(因?yàn)榱枇柼亍⒚佬啪呀?jīng)被ADI收購,這里在ADI官網(wǎng)實(shí)際檢索的是亞德諾、美信、凌力爾特三家所有符合篩選要求的運(yùn)算放大器),從篩選結(jié)果來看,在該條件下也僅有MAX44246這一顆器件符合要求。
接下來再基于這個(gè)檢索條件(2通道,5MHz GBW,10uV VOS, 36V供電)在TI官網(wǎng)檢索,可以看到對于全球模擬半導(dǎo)體龍頭德州儀器在該條件下僅有OPA2182和OPA2189這兩顆器件符合要求。
此外,我們再來看國內(nèi)兩家模擬半導(dǎo)體圣邦微和思瑞浦,從圣邦微官網(wǎng)同樣以此篩選條件,可以找到SGM8249-2可以符合要求,但從思瑞浦官網(wǎng)以此篩選條件(5MHz GBW,10uV VOS, 36V供電)是找不到對應(yīng)物料,這里我們適當(dāng)?shù)姆艑捔藯l件,找到一顆最接近的物料TPA1882(12MHz GBW,15uV VOS, 36V供電)。 如此,對于全球模擬龍頭TI、ADI以及國內(nèi)模擬龍頭圣邦微和思瑞浦,共有5顆器件符合要求,下圖給出了這5顆器件的一個(gè)基本參數(shù)對比,接下來我們從直流精度、共模電壓范圍、CMRR/PSRR、環(huán)路穩(wěn)定性這四個(gè)方面去詳細(xì)對比下。
1.直流精度(VOS,Offset Drift)
從直流精度的角度來看,國際模擬半導(dǎo)體龍頭TI、ADI還是有比較強(qiáng)的優(yōu)勢,相比之下國內(nèi)的圣邦微當(dāng)前最高水準(zhǔn)只能做到10uV的offset voltage以及12nV/℃的offset drift;思瑞浦的差距則更為明顯,只能做到15uV的offset voltage以及50nV/℃的offset drift。
2.共模輸入電壓范圍
輸入共模電壓會(huì)影響運(yùn)算放大器的應(yīng)用場景,對比下來ADI/SGM/3PEAK的輸入共模電壓到上軌的電壓距離都是1.5V,而TI的OPA2182以及OPA2189的輸入共模電壓到上軌的電壓距離是2.5V。
3.CMRR/PSRR
CMRR和PSRR值國內(nèi)的兩家模擬半導(dǎo)體圣邦微和思瑞浦跟TI/ADI有略微的差距,這個(gè)具體影響可以參考之前提到的關(guān)于CMRR的文章。
4.環(huán)路穩(wěn)定性
關(guān)于環(huán)路穩(wěn)定性基礎(chǔ)部分,可以先閱讀之前寫運(yùn)算放大器環(huán)路穩(wěn)定性的文章。《全新視角帶你深入理解運(yùn)放的環(huán)路穩(wěn)定性》
MAX44246:ADI的這顆料并沒有給出phase對應(yīng)的曲線,但從圖中紅色圈出來的部分可以明顯看到,該器件也是內(nèi)部做了零點(diǎn)補(bǔ)償。
OPA2182: TI的這顆料的開環(huán)增益曲線看起來非常完美,開環(huán)增益完全單調(diào)線性,對應(yīng)的phase曲線平坦區(qū)域較大,可以保證寬頻范圍內(nèi)的相位線性度。
OPA2189: TI的這顆為了提高0dB帶寬(GBW)性能,在100kHz頻率處進(jìn)行了零點(diǎn)補(bǔ)償,但其補(bǔ)償帶來的相位特性變差,這會(huì)導(dǎo)致在100kHz~1MHz頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)較嚴(yán)重的線性失真。
TPA1882: 思瑞浦的規(guī)格書中開環(huán)增益曲線的圖非常不清楚,略顯不專業(yè),和TI、ADI、SGM在對待規(guī)格書嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度上還是存在差距,從這模糊的開環(huán)增益曲線中也可以明顯看出在100kHz處進(jìn)行了零點(diǎn)補(bǔ)償。
SGM8249-2: 從圣邦微的開環(huán)增益曲線中也可以明顯看出,在50kHz處進(jìn)行零點(diǎn)補(bǔ)償,從而獲得更高的0dB處的帶寬(8MHz)。
從上面5顆物料的開環(huán)增益曲線來看,相位裕度圣邦微略顯差距,但只有OPA2182是單極點(diǎn)器件,是沒有經(jīng)過零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)模覀冎坝懻撨^,沒有經(jīng)過零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器的環(huán)路穩(wěn)定性對多頻率分量信號處理更好,其群延時(shí)特性比較好。
整體來看,作為工程師的我,考慮36V供電、GBW需要5MHz的情況下,選一顆高精度的器件:
首先,會(huì)優(yōu)選OPA2182,這是唯一一顆單極點(diǎn)器件,其環(huán)路穩(wěn)定性比較好,后續(xù)調(diào)試不需要過多的進(jìn)行外部補(bǔ)償,同時(shí)其offset、CMRR、PSRR也都不錯(cuò),如果再這些基礎(chǔ)上需要更大的帶寬需求,則可以考慮OPA2189.
其次,會(huì)選擇MAX44246,擁有最低的溫漂(1nV/℃),且輸入共模電壓范圍也相對比較寬,可以支持更多場景而不受限于供電電壓,此外在環(huán)路穩(wěn)定性、CMRR、PSRR等性能上也都不錯(cuò)。
再則,會(huì)選擇SGM8249-2,雖然相比OPA2182、MAX44246各方面均存在一些差距,但作為國產(chǎn)器件,其綜合性能還比較平均,可以算是國產(chǎn)中36V高精度運(yùn)算放大器中的代表器件。
最后,對于TP1882,其本身在精度上(offset voltage, offset drift)相對其他四顆都存在差距,且其環(huán)路特性也不是非常清晰,不建議使用。
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