德州儀器半導體事業部業務拓展工程師

王勝
　

    從模擬及混合信號芯片，尤其是放大器類產品發展趨勢來看，高集成度、兼顧速度與精度、低功耗、較寬的溫度范圍，以及軟件可控等性能，將是未來各個模擬器件供應商的新產品呈現的新特點。對于某些中、低端電子產品的成本壓力，使得本土的中小規模IC供應商獲得了良好的發展機會，打破歐美供應商一統天下的局面，這也將是包括放大器在內的模擬類產品的一大特點。

　　放大器產品的發展主要特點如下：(1)新工藝、新技術的發展；(2)放大器類產品在電子系統中的作用越來越重要，不可替代，高精度的放大調條理電路很難集成在處理芯片中；(3)“定制化”需求是放大器的種類不斷增加的主要推動力之一。

　　工藝方面， BiCom3是TI針對高速度模擬產品而開創的工藝，其高電壓版本BiCom3HV為36V Bipolar SiGe工藝，兼顧速度的同時也可實現高電壓的應用；HPA07工藝主要應用于高精度模擬類產品，應用這一工藝的器件具有高精度，小封裝，高SNR等特點，相似的HPA07HV可兼容36V應用；除了以上具有代表性的工藝外，TI還有LBC工藝，主要特點是高電壓大功率；A035工藝主要應用是高密度器件。

　　高精度運算放大器一般是指失調電壓低于1mV的運放。TI近期推出了一款高精度的運放OPA211，是以BiCom3HV為主要工藝開發的產品。

　　在高速放大器方面， TI能夠應用新的工藝提供針對不同應用的各類產品，除了可以提供各類電壓反饋型和電流反饋型高速放大器類產品以外，還可以提供高速的JFET輸入高速放大器類產品，其中包括多種可供選擇型號，如OPA656，OPA657及THS4631等，他們都具有不同的帶寬和壓擺率，不同的穩定增益范圍，包括獨立增益穩定等主要可供選擇的指標，可廣泛應用于測試與計量等寬帶寬高輸入阻抗的應用場合。

　　在高速視頻放大器方面，TI推出了一系列具有靈活可編程及高集成度的放大器類產品，例如針對視頻應用的THS73xx系列產品，針對不同的視頻標準要求，其集成了低通濾波器，部分產品具有內部固定增益放大，濾波器帶寬數字可編程選擇，以及輸入耦合方式選擇等性能。

　　隨著能源的日益緊張，對于能源效率方面的要求也逐步提高，尤其是對于電池供電系統，功耗的要求更為苛刻，所以未來對于效率最高的D類功率放大器的應用需求也會逐步增加。但是D類功率放大器并不會完全取代線性放大器，在高端專業音響中，由于線性放大器的高保真度特點，頂級音響領域還將采用線性放大器產品。但對于需求量很大的中低端市場而言，D類功率放大器的市場前景非常樂觀。

　　工程師在選擇放大器類IC時，首先要全局考慮整個系統的性能要求，并充分考慮所要調理或接收的信號特點，同時還要兼顧系統工作的環境等因素，尤其是對于工業應用，這點尤為重要。此外，還應該考慮以下幾點：

　　1.無論高精度或高速放大器，供電電源一定要有旁路電容，并盡可能把旁路電容靠近放大器的電源引腳放置；

　　2.某些放大器具有最小穩定增益要求，如果所使用的增益低于推薦的最小穩定增益，就有可能產生振蕩。電流反饋放大器，在直接反饋環路中，不要使用電容或其它非線性元件，尤其對于高速放大器設計時，這一點尤為重要；

　　3.在高速應用中，除了帶寬，壓擺率是另外一個重要指標，高擺幅輸出的信號頻率與SR的關系為： F = Slew Rate / (0.707 p VoutPP)，設計時要充分考慮這一因素；

　　4. 為減小輸入偏置電流引起的失調電壓，設計人員應保持運算放大器同相輸入端和反相輸入端的阻抗匹配；

　　5.噪聲因素，需要考慮的噪聲來源包括：輸入電流噪聲，輸入電壓噪聲，和由增益設置引起的熱噪聲等。尤其對于單電源應用時，一般電壓很低，為保持系統的信噪比，低電壓使設計人員必須降低噪聲。放大器的設計考慮由很多因素決定，工程師需要根據不同的設計要求，選擇合適的放大器類產品。同時，放大器供應商的技術服務與支持可以使工程設計人員達到事半功倍的結果。

凌力爾特公司產品市場經理

Brain Black

凌力爾特公司產品市場經理

    凌力爾特公司專注于提供具有高精確度、低噪聲和高速度性能的放大器產品。這些器件主要分為 3 類：傳統的高性能放大器產品 (包括運算放大器、儀表放大器和可編程增益放大器)；高速 ADC 驅動器；專用精確高壓側電流檢測放大器。盡管運算放大器已經出現幾十年了，使用也相對簡單，但是很多令人振奮的新進展仍在不斷出現，從而產生了多種富有吸引力的新產品。這些新產品很多將以改進基本功能的形式出現，如提高運算放大器的速度、精確度、噪聲和功率性能等，但是更多將以提高集成度的形式出現。凌力爾特公司的LTC6420-20 雙路差分 ADC 驅動器和 LTC6102HV 零漂移高壓側電流檢測放大器就是好例子。

　　LTC6420-20 是一種雙路高速全差分 ADC 驅動器，具有很好的匹配性能規格。這使其在 I-Q 解調和多通道通信應用中尤其有用。在這些應用中，驅動高速 ADC 的傳統方法是使用高壓、大電流消耗的 RF 放大器。既然這些 RF 放大器是單端組件，那么就需要附加電路將信號轉換成最高性能 ADC 所需的差分信號。LTC6420-20 與這種傳統方法相比有幾個優點。首先，它的功率極低，在很多情況下，可以與 ADC 共享同一個低壓電源。其次，它使用較少的組件，占用電路板空間較少。除了將兩個通道集成到一個小型 3mm×4mm 封裝中，LTC6420-20 還含有增益設置電阻和可選輸出濾波。通過在芯片上納入靈敏的反饋網絡，設計師無需花費大量時間考慮雜散電容可能引起的不穩定性，該電容與 PCB 上增益設置電阻的布線有關。在 100MHz 時具有 0.1dB 增益匹配和 0.1o相位匹配，這種通道至通道匹配消除了需要匹配兩個獨立通道的難題。

　　LTC6102HV 零漂移高壓側電流檢測放大器能幫助設計師提高系統性能、降低功耗并讓產品快速上市。作為實現了零漂移前端的高壓側電流檢測放大器，LTC6102 比其它高壓側電流檢測放大器的精確度高。它用100V 的共模電壓工作，最大輸入失調電壓為 10mV，最大漂移為 50nV/℃，最大輸入偏置電流為 3nA。LTC6102 具有 2V 全差分檢測電壓，106dB 動態范圍，能夠從安培級電流中分辨出mA 級變化。與其它電流檢測放大器相比，LTC6102 的低失調可用來極大地減小檢測電阻值，同時保持分辨率不變。較小的檢測電阻意味著可給負載提供更多功率、檢測電阻、浪費更少功率、以及產生更低的熱量。

　　視特定設計目標的不同，工程師們面臨著很多難題，其中常常包括同時要求提高性能、降低功耗和讓產品快速上市。就每個應用甚至每個設計而言，設計師面臨的挑戰都不同。例如，就基于傳感器的應用而言，設計師常常需要放大和緩沖傳感器產生的信號。既然很多傳感器都有高阻抗，設計師就必須選擇偏置電流非常低的放大器，如 LTC6087。除了低偏置電流，放大器還應該具有低輸入失調電壓和噪聲，以最大限度擴大動態范圍，提高靈敏度。傳感器應用常常是由電池供電，因此還必須注意電源電壓和電流要求。凌力爾特公司可為工程師提供多種幫助，如應用工程師支持、完全規定的數據表、免費 LTSpice 建模軟件和器件模型、詳細的應用和設計要點、電路結集等。

美國國家半導體亞太區放大器產品市場經理

龔銘潭
美國國家半導體亞太區放大器產品市場經理

    如今，世界各地的環保意識日漸高漲，有助于節能的產品漸受市場歡迎。照目前的發展趨勢看，無論是哪一個國家/地區、哪一個市場/板塊，高能效產品都會大受客戶歡迎。美國國家半導體的PowerWise解決方案適用于能源效率要求極高的系統設計，性能/功率比高。例如，型號為LMV851的運算放大器內置射頻抑制電路，因此抗電磁干擾的能力高，以8MHz的單位增益帶寬操作時，只耗用0.41mA的電流。

　　從技術的角度看，采用傳感器的電子設備必須加設信號調整功能，這是市場的最新發展趨勢，這種新技術已廣泛應用于家庭醫療設備、保安系統及適用于各行各業的電子設備。為了實現傳感器的模擬前端電路或高速的應用，美國國家半導體推出一系列符合不同技術要求而且適用于不同市場板塊的運算放大器產品。傳感器的應用非常廣泛，部分傳感器的電阻值極高，有些甚至高達數萬歐姆，但也有部分低至只有幾百歐姆，選用正確的電阻值具有關鍵的作用。以LMP2015這類CMOS輸入運算放大器為例來說，這種零漂移運算放大器可以連接極靈敏的傳感器或輸入電阻高達數萬歐姆的應用。部分應用的工作頻率極低，因此采用的運算放大器必須在低頻操作時仍能保持極高的信噪比。系統設計工程師選用運算放大器時，必須考慮芯片是否具有極高的準確度及噪聲抑制能力。

SiGe半導體市場推廣副總裁

    SiGe 半導體市場推廣副總裁

                                        Alistair Manley

                                    SiGe 半導體市場推廣副總裁

    現今的市場要求功率放大器能夠為各種各樣的計算、娛樂及移動系統實現無線多媒應用。在功率放大器的若干發展趨勢中，最顯著的包括：減少系統材料清單、功耗和電路板空間；提供出色的信號處理技術、更好的功能性集成度、更高的線性度和更高的效率，以及更快的產品上市速度；保持低靜態電流和后向兼容性；以更低的輸出功率在更長的距離上提供更高的數據傳輸速率；支持更大的帶寬，但卻不影響電池壽命；提供真正的數字CMOS控制，簡便的軟件校正，從而簡化電路板設計和基帶控制器接口等。

　　SiGe半導體最近推出的SE2587L功率放大器，是基于SiGe半導體經驗證的高性能架構，在+19dBm (802.11g 模式)和 +24dBm (802.11b模式) 發射功率級下，能夠提供高線性度。這種高線性度可在更大的覆蓋距離內提供更高數據率的傳輸能力，使系統能夠支持新興的無線多媒體應用，例如視頻分配、視頻流及高速數據。SE2587L采用3x3 QFN封裝，是SiGe半導體最小的分立式功率放大器。該器件的引腳順序與 SiGe 半導體廣獲采用的 SE2527L、SE2528L 及 SE2581L 兼容，電路板布局所需的改變能夠減至最少，使得制造商能夠輕易移植到用于下一代設計的新器件中。可以節省大約 20% 的外部材料清單成本。

　　功率放大器是無線系統的核心，其性能對于傳輸距離、電池壽命以及用戶體驗對有重大影響。選擇PA 時，工程師應該考慮的因素包括：

　　線性度— 功率放大器的功能是放大RF信號，但不能引入失真，以免導致數據損失。被放大信號的完整性 (即線性度) 的測量基準是誤差向量幅度 (Error Vector Magnitude, EVM)，即誤差幅度與最終被放大信號幅度之比值。

　　效率—在 PA中，效率就是平均射頻 (RF) 功率輸出與平均直流電 (DC) 功率輸入之比。對802.11n而言，由于MIMO結構中采用了多個無線電和天線，所以效率是尤其重要的。

　　尺寸—802.11n 的PA 尤其面對著嚴格的尺寸限制。一般來說，4個功放 (兩個用于2.4GHz PA；兩個用于5GHz) 占用的空間與以往非 MIMO、雙頻帶結構中的兩個 PA 占用的相等。最好的方法是把 PA 封裝在一個高集成度的模塊中。

　　供電電壓 － 功率放大器在盡可能大的電壓下工作是最理想的，因此移動和便攜式應用設備一般讓電池直接為PA供電，而不通過任何額外的調節。這意味著PA的供電電壓范圍有可能從 2.3V (快耗盡的電池) 到5.5V (充電中的電池)。工作在這種環境下的 PA 一般利用額外的電路和/或新穎的器件技術來確保穩健度和可預測性能 (筆記本電腦中的 PA 通�？蛇B接已經調節的3.3V電源，使設計更簡單直接。)

　　與其它無線技術的共存—在802.11n 加速發展的同時，802.16(WiMAX)標準也在不斷前進。要確保PA能夠處理與WiMAX系統之間的共存和移植問題，必需確定供應商能夠同時支持這兩種標準。一般而言，較之WLAN、WiMAX需要更高的輸出功率和更好的功率控制功能。要注意的是，WiMAX的初級頻帶范圍為2.5~2.7GHz，非常接近802.11n的2.4~2.5GHz頻帶，故同一個PA同時用于 802.11和802.16工作是相當可行的，這有助于降低成本和減小尺寸。

　　802.11n PA 的另一個問題是與蜂窩系統的共存。例如，如果手機同時帶有一個Wi-Fi無線電和一個蜂窩無線電，則一個發射器產生的帶外輻射可能落在另一個無線電的接收通帶上，這就會導致性能下降 (靈敏度下降，造成掉話)。解決這一問題的蠻力方法 (brute force method) 是在PA后加一個濾波器來限制輻射�？上н@種方法會導致功率大幅增加，因為這些濾波器一般都有 2dB 的插損 (insertion loss)，所以有37% 的發射功率會浪費在濾波器中。在此情況下，必需尋找一種能夠利用其它方法來解決這些共存問題的PA。

　　鑒于 Wi-Fi 廣受歡迎，因此有預測指出，最早到2013年，具有 Wi-Fi 功能的產品的數量就可能達到蜂窩產品年銷售量的水平了。Wi-Fi 的普及性已開始造成某些公共無線局域網的容量負擔過大，這迫使業界重新考慮它的傳統實現方案。當前無線集線器的設計是為了利用 802.11n 等技術來提高單頻帶雙頻帶架構的容量，以及利用并行雙頻帶，讓網絡能夠同時以2GHz 和 5GHz 工作。所有這些技術都需要 PA 來產生更清潔的信號，以免干擾鄰近網絡。清潔包括諧波及其它雜訊在內的干擾信號，并盡可能減少泄漏到鄰近信道的噪聲，這對于提高網絡的客戶處理能力十分關鍵。此外，提高 PA 的輸出功率，擴大熱點覆蓋范圍，也是未來PA設計的一大趨勢。但實現這種更高功率并非易事，因為當主要信號的功率增加時，PA需要避免的干擾信號的功率級也會隨之增加。