关键运算放大器基本特性与设计考量

　　比较器是常态处于类饱和态的模拟集成电路，仅在比较阈值附近一个微小的区间表现为线性。无论在高速场合还是低速场合，对比较器的需要常被忽视和误解。现实中不乏把放大器当作比较器使用的成功工程案例，真实地反映了对比较器的需求的变化。比较器无论是参数优化还是实际结构实现都跟运算放大器不同；比较器在输出翻转前或者后的传输增益要小，以防止自激；触发翻转后的上升或者下降沿不受前级的爬升率的影响。

　　传统工程上对比较器的需要大都被取代或者弱化，如快速渡过逻辑器件的逻辑模糊区、精确幅度甄别和抑制在甄别阈值附近的不定状态输出等。主要因为ADC的普及使用和逻辑I/O的设计改进；无论是在逻辑I/O电路中还是利用运放的轻度正反馈滞回，都可以有效避免逻辑不确定性，而定时抖动特性一直不是比较器的强项。

　　圣邦的设计改进重点在于减少比较器的耗电。微功耗运放用作比较器时在饱和状态工作电流有所增加，退出饱和需要较长时间，比较器则没有这些问题。如图3所示，SGM8701系列微功耗的工作电流稳定在300nA附近的极低水平。

　　图3： SGM8701 系列比较器工作电流。

　　极低功耗比较器可以用于需要潜伏或深度睡眠状态的应用，例如在待机期间持续监测电池电压和连续监视等待唤醒呼叫等。

　　无交越失真运算放大器

　　与BTL和C类放大器的交越失真概念不同，无交越失真运放是相对于有输入结构相关交越失真的满幅输入CMOS运放提出的。CMOS运算放大器具有输入阻抗高、工作电流低、易实现满幅输出和不需要区别单双电源设计等突出优点，但是其输入部分栅极与源极之间需要较大压差，共模输入电压范围小，限制了低工作电压使用。如图4所示的互补双差分对结构被用于CMOS运放以允许满幅输入。这种互补双差分对结构保证无论共模电压是接近正电源，还是接近负电源，至少有一个差分对可以工作。工程现实无法保证这两个差分对有完全一致的失调电压。输入共模电压变化使互补双差分对交替工作引起输入相关交越失真。

　　图4： 引起交越失真的互补双差分对输入结构。

　　与输出图腾柱结构的输出交替引起的交越失真不同，输入相关的交越失真无法通过提高开环增益予以改善。SGM8942通过对输入部分偏置结构的改变避免了使用双互补差分对结构，是一种新型的无交越失真满幅输入/输出型运算放大器。

　　输入相关交越失真仅发生在同相放大应用，如需要高输入阻抗放大器的驻极体输出缓冲、压电换能器的输出缓冲、PT/CT电量传感器输出的缓冲和电位差计输出缓冲等。交越失真生成寄生频谱，或产生虚假微扰动。SGM8942成功地应用于微弧检测、瞬时功率因数测量和电化学扩散电势检测等对微扰敏感的应用中。