德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展工程師

王勝
　

    從模擬及混合信號(hào)芯片，尤其是放大器類產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)來(lái)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(lái)各個(gè)模擬器件供應(yīng)商的新產(chǎn)品呈現(xiàn)的新特點(diǎn)。對(duì)于某些中、低端電子產(chǎn)品的成本壓力，使得本土的中小規(guī)模IC供應(yīng)商獲得了良好的發(fā)展機(jī)會(huì)，打破歐美供應(yīng)商一統(tǒng)天下的局面，這也將是包括放大器在內(nèi)的模擬類產(chǎn)品的一大特點(diǎn)。

　　放大器產(chǎn)品的發(fā)展主要特點(diǎn)如下：(1)新工藝、新技術(shù)的發(fā)展；(2)放大器類產(chǎn)品在電子系統(tǒng)中的作用越來(lái)越重要，不可替代，高精度的放大調(diào)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(dòng)力之一。

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

　　高精度運(yùn)算放大器一般是指失調(diào)電壓低于1mV的運(yùn)放。TI近期推出了一款高精度的運(yùn)放OPA211，是以BiCom3HV為主要工藝開發(fā)的產(chǎn)品。

　　在高速放大器方面， TI能夠應(yīng)用新的工藝提供針對(duì)不同應(yīng)用的各類產(chǎn)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(chǎn)品以外，還可以提供高速的JFET輸入高速放大器類產(chǎn)品，其中包括多種可供選擇型號(hào)，如OPA656，OPA657及THS4631等，他們都具有不同的帶寬和壓擺率，不同的穩(wěn)定增益范圍，包括獨(dú)立增益穩(wěn)定等主要可供選擇的指標(biāo)，可廣泛應(yīng)用于測(cè)試與計(jì)量等寬帶寬高輸入阻抗的應(yīng)用場(chǎng)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(chǎn)品，例如針對(duì)視頻應(yīng)用的THS73xx系列產(chǎn)品，針對(duì)不同的視頻標(biāo)準(zhǔn)要求，其集成了低通濾波器，部分產(chǎn)品具有內(nèi)部固定增益放大，濾波器帶寬數(shù)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(duì)于能源效率方面的要求也逐步提高，尤其是對(duì)于電池供電系統(tǒng)，功耗的要求更為苛刻，所以未來(lái)對(duì)于效率最高的D類功率放大器的應(yīng)用需求也會(huì)逐步增加。但是D類功率放大器并不會(huì)完全取代線性放大器，在高端專業(yè)音響中，由于線性放大器的高保真度特點(diǎn)，頂級(jí)音響領(lǐng)域還將采用線性放大器產(chǎn)品。但對(duì)于需求量很大的中低端市場(chǎng)而言，D類功率放大器的市場(chǎng)前景非常樂(lè)觀。

　　工程師在選擇放大器類IC時(shí)，首先要全局考慮整個(gè)系統(tǒng)的性能要求，并充分考慮所要調(diào)理或接收的信號(hào)特點(diǎn)，同時(shí)還要兼顧系統(tǒng)工作的環(huán)境等因素，尤其是對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，這點(diǎn)尤為重要。此外，還應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：

　　1.無(wú)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(wěn)定增益要求，如果所使用的增益低于推薦的最小穩(wěn)定增益，就有可能產(chǎn)生振蕩。電流反饋放大器，在直接反饋環(huán)路中，不要使用電容或其它非線性元件，尤其對(duì)于高速放大器設(shè)計(jì)時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要；

　　3.在高速應(yīng)用中，除了帶寬，壓擺率是另外一個(gè)重要指標(biāo)，高擺幅輸出的信號(hào)頻率與SR的關(guān)系為： F = Slew Rate / (0.707 p VoutPP)，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮這一因素；

　　4. 為減小輸入偏置電流引起的失調(diào)電壓，設(shè)計(jì)人員應(yīng)保持運(yùn)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(lái)源包括：輸入電流噪聲，輸入電壓噪聲，和由增益設(shè)置引起的熱噪聲等。尤其對(duì)于單電源應(yīng)用時(shí)，一般電壓很低，為保持系統(tǒng)的信噪比，低電壓使設(shè)計(jì)人員必須降低噪聲。放大器的設(shè)計(jì)考慮由很多因素決定，工程師需要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，選擇合適的放大器類產(chǎn)品。同時(shí)，放大器供應(yīng)商的技術(shù)服務(wù)與支持可以使工程設(shè)計(jì)人員達(dá)到事半功倍的結(jié)果。

凌力爾特公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理

Brain Black

凌力爾特公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)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(chǎn)品。這些器件主要分為 3 類：傳統(tǒng)的高性能放大器產(chǎn)品 (包括運(yùn)算放大器、儀表放大器和可編程增益放大器)；高速 ADC 驅(qū)動(dòng)器；專用精確高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器。盡管運(yùn)算放大器已經(jīng)出現(xiàn)幾十年了，使用也相對(duì)簡(jiǎn)單，但是很多令人振奮的新進(jìn)展仍在不斷出現(xiàn)，從而產(chǎn)生了多種富有吸引力的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品很多將以改進(jìn)基本功能的形式出現(xiàn)，如提高運(yùn)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(xiàn)。凌力爾特公司的LTC6420-20 雙路差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器和 LTC6102HV 零漂移高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器就是好例子。

　　LTC6420-20 是一種雙路高速全差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器，具有很好的匹配性能規(guī)格。這使其在 I-Q 解調(diào)和多通道通信應(yīng)用中尤其有用。在這些應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)高速 ADC 的傳統(tǒng)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(hào)轉(zhuǎn)換成最高性能 ADC 所需的差分信號(hào)。LTC6420-20 與這種傳統(tǒng)方法相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它的功率極低，在很多情況下，可以與 ADC 共享同一個(gè)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(gè)通道集成到一個(gè)小型 3mm×4mm 封裝中，LTC6420-20 還含有增益設(shè)置電阻和可選輸出濾波。通過(guò)在芯片上納入靈敏的反饋網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)師無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間考慮雜散電容可能引起的不穩(wěn)定性，該電容與 PCB 上增益設(shè)置電阻的布線有關(guān)。在 100MHz 時(shí)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(gè)獨(dú)立通道的難題。

　　LTC6102HV 零漂移高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器能幫助設(shè)計(jì)師提高系統(tǒng)性能、降低功耗并讓產(chǎn)品快速上市。作為實(shí)現(xiàn)了零漂移前端的高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器，LTC6102 比其它高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器的精確度高。它用100V 的共模電壓工作，最大輸入失調(diào)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(cè)電壓，106dB 動(dòng)態(tài)范圍，能夠從安培級(jí)電流中分辨出mA 級(jí)變化。與其它電流檢測(cè)放大器相比，LTC6102 的低失調(diào)可用來(lái)極大地減小檢測(cè)電阻值，同時(shí)保持分辨率不變。較小的檢測(cè)電阻意味著可給負(fù)載提供更多功率、檢測(cè)電阻、浪費(fèi)更少功率、以及產(chǎn)生更低的熱量。

　　視特定設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同，工程師們面臨著很多難題，其中常常包括同時(shí)要求提高性能、降低功耗和讓產(chǎn)品快速上市。就每個(gè)應(yīng)用甚至每個(gè)設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)都不同。例如，就基于傳感器的應(yīng)用而言，設(shè)計(jì)師常常需要放大和緩沖傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。既然很多傳感器都有高阻抗，設(shè)計(jì)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(yīng)該具有低輸入失調(diào)電壓和噪聲，以最大限度擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，提高靈敏度。傳感器應(yīng)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(yīng)用工程師支持、完全規(guī)定的數(shù)據(jù)表、免費(fèi) LTSpice 建模軟件和器件模型、詳細(xì)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)要點(diǎn)、電路結(jié)集等。

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)放大器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理

龔銘潭
美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)放大器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理

    如今，世界各地的環(huán)保意識(shí)日漸高漲，有助于節(jié)能的產(chǎn)品漸受市場(chǎng)歡迎。照目前的發(fā)展趨勢(shì)看，無(wú)論是哪一個(gè)國(guó)家/地區(qū)、哪一個(gè)市場(chǎng)/板塊，高能效產(chǎn)品都會(huì)大受客戶歡迎。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的PowerWise解決方案適用于能源效率要求極高的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，性能/功率比高。例如，型號(hào)為L(zhǎng)MV851的運(yùn)算放大器內(nèi)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(shí)，只耗用0.41mA的電流。

　　從技術(shù)的角度看，采用傳感器的電子設(shè)備必須加設(shè)信號(hào)調(diào)整功能，這是市場(chǎng)的最新發(fā)展趨勢(shì)，這種新技術(shù)已廣泛應(yīng)用于家庭醫(yī)療設(shè)備、保安系統(tǒng)及適用于各行各業(yè)的電子設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)傳感器的模擬前端電路或高速的應(yīng)用，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體推出一系列符合不同技術(shù)要求而且適用于不同市場(chǎng)板塊的運(yùn)算放大器產(chǎn)品。傳感器的應(yīng)用非常廣泛，部分傳感器的電阻值極高，有些甚至高達(dá)數(shù)萬(wàn)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(guān)鍵的作用。以LMP2015這類CMOS輸入運(yùn)算放大器為例來(lái)說(shuō)，這種零漂移運(yùn)算放大器可以連接極靈敏的傳感器或輸入電阻高達(dá)數(shù)萬(wàn)歐姆的應(yīng)用。部分應(yīng)用的工作頻率極低，因此采用的運(yùn)算放大器必須在低頻操作時(shí)仍能保持極高的信噪比。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師選用運(yùn)算放大器時(shí)，必須考慮芯片是否具有極高的準(zhǔn)確度及噪聲抑制能力。

SiGe半導(dǎo)體市場(chǎng)推廣副總裁

    SiGe 半導(dǎo)體市場(chǎng)推廣副總裁

                                        Alistair Manley

                                    SiGe 半導(dǎo)體市場(chǎng)推廣副總裁

    現(xiàn)今的市場(chǎng)要求功率放大器能夠?yàn)楦鞣N各樣的計(jì)算、娛樂(lè)及移動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線多媒應(yīng)用。在功率放大器的若干發(fā)展趨勢(shì)中，最顯著的包括：減少系統(tǒng)材料清單、功耗和電路板空間；提供出色的信號(hào)處理技術(shù)、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(chǎn)品上市速度；保持低靜態(tài)電流和后向兼容性；以更低的輸出功率在更長(zhǎng)的距離上提供更高的數(shù)據(jù)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(shù)字CMOS控制，簡(jiǎn)便的軟件校正，從而簡(jiǎn)化電路板設(shè)計(jì)和基帶控制器接口等。

　　SiGe半導(dǎo)體最近推出的SE2587L功率放大器，是基于SiGe半導(dǎo)體經(jīng)驗(yàn)證的高性能架構(gòu)，在+19dBm (802.11g 模式)和 +24dBm (802.11b模式) 發(fā)射功率級(jí)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(nèi)提供更高數(shù)據(jù)率的傳輸能力，使系統(tǒng)能夠支持新興的無(wú)線多媒體應(yīng)用，例如視頻分配、視頻流及高速數(shù)據(jù)。SE2587L采用3x3 QFN封裝，是SiGe半導(dǎo)體最小的分立式功率放大器。該器件的引腳順序與 SiGe 半導(dǎo)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(shè)計(jì)的新器件中�？梢怨�(jié)省大約 20% 的外部材料清單成本。

　　功率放大器是無(wú)線系統(tǒng)的核心，其性能對(duì)于傳輸距離、電池壽命以及用戶體驗(yàn)對(duì)有重大影響。選擇PA 時(shí)，工程師應(yīng)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(hào)，但不能引入失真，以免導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失。被放大信號(hào)的完整性 (即線性度) 的測(cè)量基準(zhǔn)是誤差向量幅度 (Error Vector Magnitude, EVM)，即誤差幅度與最終被放大信號(hào)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(duì)802.11n而言，由于MIMO結(jié)構(gòu)中采用了多個(gè)無(wú)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(duì)著嚴(yán)格的尺寸限制。一般來(lái)說(shuō)，4個(gè)功放 (兩個(gè)用于2.4GHz PA；兩個(gè)用于5GHz) 占用的空間與以往非 MIMO、雙頻帶結(jié)構(gòu)中的兩個(gè) PA 占用的相等。最好的方法是把 PA 封裝在一個(gè)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(dòng)和便攜式應(yīng)用設(shè)備一般讓電池直接為PA供電，而不通過(guò)任何額外的調(diào)節(jié)。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(huán)境下的 PA 一般利用額外的電路和/或新穎的器件技術(shù)來(lái)確保穩(wěn)健度和可預(yù)測(cè)性能 (筆記本電腦中的 PA 通常可連接已經(jīng)調(diào)節(jié)的3.3V電源，使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單直接。)

　　與其它無(wú)線技術(shù)的共存—在802.11n 加速發(fā)展的同時(shí)，802.16(WiMAX)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷前進(jìn)。要確保PA能夠處理與WiMAX系統(tǒng)之間的共存和移植問(wèn)題，必需確定供應(yīng)商能夠同時(shí)支持這兩種標(biāo)準(zhǔn)。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(jí)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(gè)PA同時(shí)用于 802.11和802.16工作是相當(dāng)可行的，這有助于降低成本和減小尺寸。

　　802.11n PA 的另一個(gè)問(wèn)題是與蜂窩系統(tǒng)的共存。例如，如果手機(jī)同時(shí)帶有一個(gè)Wi-Fi無(wú)線電和一個(gè)蜂窩無(wú)線電，則一個(gè)發(fā)射器產(chǎn)生的帶外輻射可能落在另一個(gè)無(wú)線電的接收通帶上，這就會(huì)導(dǎo)致性能下降 (靈敏度下降，造成掉話)。解決這一問(wèn)題的蠻力方法 (brute force method) 是在PA后加一個(gè)濾波器來(lái)限制輻射�？上н@種方法會(huì)導(dǎo)致功率大幅增加，因?yàn)檫@些濾波器一般都有 2dB 的插損 (insertion loss)，所以有37% 的發(fā)射功率會(huì)浪費(fèi)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(lái)解決這些共存問(wèn)題的PA。

　　鑒于 Wi-Fi 廣受歡迎，因此有預(yù)測(cè)指出，最早到2013年，具有 Wi-Fi 功能的產(chǎn)品的數(shù)量就可能達(dá)到蜂窩產(chǎn)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(wú)線局域網(wǎng)的容量負(fù)擔(dān)過(guò)大，這迫使業(yè)界重新考慮它的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。當(dāng)前無(wú)線集線器的設(shè)計(jì)是為了利用 802.11n 等技術(shù)來(lái)提高單頻帶雙頻帶架構(gòu)的容量，以及利用并行雙頻帶，讓網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)以2GHz 和 5GHz 工作。所有這些技術(shù)都需要 PA 來(lái)產(chǎn)生更清潔的信號(hào)，以免干擾鄰近網(wǎng)絡(luò)。清潔包括諧波及其它雜訊在內(nèi)的干擾信號(hào)，并盡可能減少泄漏到鄰近信道的噪聲，這對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)的客戶處理能力十分關(guān)鍵。此外，提高 PA 的輸出功率，擴(kuò)大熱點(diǎn)覆蓋范圍，也是未來(lái)PA設(shè)計(jì)的一大趨勢(shì)。但實(shí)現(xiàn)這種更高功率并非易事，因?yàn)楫?dāng)主要信號(hào)的功率增加時(shí)，PA需要避免的干擾信號(hào)的功率級(jí)也會(huì)隨之增加。