顺应便携式医疗保健应用的需求

作者：时间：2011-05-13来源：网络收藏

在不影响性能的前提下减小封装尺寸是便携式设计的一项要求，业界已有能力在继续缩小芯片尺寸的同时，实现前述各项性能改进。芯片微缩技术使得IC制造商能够将器件放入超小型封装的微小空腔中，从而使运算放大器的封装尺寸小到令人叹为观止（如WLCSP封装），肉眼几乎难以看清。节约PCB面积和减轻重量是便携式应用的优势所在，而WLCSP封装占用的PCB面积只有SOIC封装的8%。

图2 紧缩型封装占用的PCB面积非常小

IC设计工程师利用电路和生产测试技术，包括自稳零、斩波、零交越、Digitrim、保险丝熔断和激光调整等，优化了许多特性，使得放大器的若干参数接近于理想要求。在当今的精密放大器领域，小信号设计人员已征服了失调(2μV)、噪声(1 nV/√Hz)和偏置电流等(30 fA)等重要难关。创新设计所带来的高性能器件不断超越用户期望。零交越设计催生了ADA4505-2系列等运算放大器，该系列具有非常高的共模抑制比(CMRR)、超低电源电流和宽带宽（业界最佳之一），所有这些特性都集成在一个8引脚晶圆级芯片规模封装(WLCSP)中。此器件在脉搏血氧仪中的应用示例如图3所示 (www.analog.com/en/circuits-from-the-lab/CN0125/vc.html)。

图3 运算放大器ADA4505-2的应用示例

IC制造商还满足了便携式应用的零功耗要求。低功耗有助于消除风扇及相关成本，减轻重量，实现更便携的产品。低功耗器件还能降低发热量，延长器件寿命，避免器件因热损伤而缩短使用时间。有多家专注于超低功耗性能的医疗保健公司进行了功耗分析，并在模拟域和数字域执行信号处理来进行比较。它们关注的其中一款超低功耗运算放大器就是零漂移放大器ADA4051-2，它已应用于多种便携式血氧仪。对于使用一节AA或镍氢(NiMH)电池供电的应用，尺寸和功耗是首要考虑因素。工作电源电压虽然已经降至1.8V，但目前仍在不断降低。对于要求精密、低工作电压和低功耗等特性的应用，1μA电源电流的AD8500无疑是最佳选择。单电池供电的趋势依然强劲，业界将根据需求推出各款精密放大器。

图4 零漂移放大器ADA4051-2的架构，它是采用LFCSP封装的功耗最低的器件之一

此外，IC制造商也在为实现零成本器件而努力。器件的成本，包括研发费用、芯片成本、制造成本、封装成本、市场营销和经销成本等，目前已大幅下降。OP07等单通道运放在1970年的成本是1.50美元，考虑到通货膨胀因素，折算成现在的成本是8.00美元，但OP07的第四代产品——OP1177的实际成本不到0.80美元，而且后者的交流和直流特性优越得多。零成本的目标或许听上去难以置信，但它无疑表明了IC公司的决心，即致力于在改进性能、对抗通货膨胀的同时，持续削减成本。此外，新型运算放大器能给客户带来极大的价值。如果能够利用16个运放来设计一个前端并仅消耗16μA电流，则将节省数百毫安的功耗，并在存储器、处理和软件开发方面节约大量资金。

精密运算放大器迎合了市场对便携式应用的需求。工艺、设计技术、封装技术和装配技术不断发展将使功耗、封装和成本不断减小，帮助医疗和工业系统设计人员进一步提高产品的功能和性能。随着便携式系统对精密信号调理的要求不断提高，信号调理电路中所用的放大器将发挥越来越重要的作用。未来的设计和封装进步将能以更低的价格提供更精密的规格特性。