【導(dǎo)讀】軌到軌運(yùn)放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場合。因此，你應(yīng)該了解軌到軌運(yùn)放的工作原理，同時對采用軌到軌運(yùn)放的設(shè)計做一些權(quán)衡。
軌到軌運(yùn)放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場合。因此，你應(yīng)該了解軌到軌運(yùn)放的工作原理，同時對采用軌到軌運(yùn)放的設(shè)計做一些權(quán)衡。
圖1所示是一個典型的軌到軌輸入級，包含N溝道和P溝道輸入對管。其中，P溝道場效應(yīng)管負(fù)責(zé)接近負(fù)電源軌部分輸入電壓的導(dǎo)通，這個電壓可以稍微低于負(fù)電源軌（如果是單電源供電，則可以稍微低于地電位）。N溝道場效應(yīng)管負(fù)責(zé)接近正電源軌部分輸入電壓的導(dǎo)通，這個電壓可以稍微高于正電源軌。圖中沒有畫出附加電路，這些電路用來切換哪個輸入級連接到后級。在離正電源軌大約1.3V時，許多雙輸入級運(yùn)放會發(fā)生輸入級切換。在這個電壓下發(fā)生切換的原因是，超過這個電壓時，P溝道輸入級的門極驅(qū)動電壓已經(jīng)很小，不足以驅(qū)動P溝道輸入對管，因此輸入級被切換到N溝道輸入級。
P溝道輸入級和N溝道輸入級輸入失調(diào)電壓不同。如果共模輸入電壓范圍包含了輸入級電壓切換點(diǎn)的話，比如在增益為1的情況下，將產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓的改變。一些運(yùn)放在出廠時經(jīng)過激光或電子校準(zhǔn)以減少其輸入級的失調(diào)電壓。這也減少了在切換輸入級時失調(diào)電壓的改變量，但改變還是會存在?？刂魄袚Q輸入級的電路是根據(jù)輸入電壓和正電源軌的相對電壓來決定何時切換的，而不是根據(jù)輸入電壓和地的相對電壓來決定何時切換。這樣，對于一個3.3V供電的運(yùn)放，輸入級切換點(diǎn)就落在了一個尷尬的地方-電源中點(diǎn)。
雖然大多數(shù)應(yīng)用都忽略這點(diǎn)，但是這種輸入失調(diào)電壓的改變在需要高精度的場合下會成為一個問題。在交流運(yùn)用中，它還會帶來失真。但這里要強(qiáng)調(diào)的是，這種情況只會在輸入電壓范圍包含了輸入級電壓切換點(diǎn)的情況下才會發(fā)生。
圖2所示為另一種類型的軌到軌輸入級。內(nèi)部電荷泵將電壓提升，使得P溝道輸入級供電電壓超過正電源軌大約2V。采用這種設(shè)計只需要一個輸入級就可以實現(xiàn)從低于負(fù)電源電壓到高于正電源電壓的范圍內(nèi)的無縫輸入。因為只有一個輸入級，所以不用擔(dān)心因為輸入級切換帶來的問題。
電荷泵，也許一些設(shè)計者聽到這個詞就感到毛骨悚然。“產(chǎn)生噪聲的就是它，難道不是嗎？”。但是，目前它已經(jīng)干凈多了，不再產(chǎn)生那么多噪聲。由于只需要對輸入級供電，供電電流也小了很多。外置電容也不需要，現(xiàn)在都是內(nèi)部集成。電荷泵產(chǎn)生的噪聲低于帶內(nèi)噪聲，以至于在時域中很難看見。然而，那些在帶內(nèi)噪聲級水平做頻譜分析的應(yīng)用中，還是可以看見一些偽影。
不是所有應(yīng)用都需要軌到軌輸入。反向放大電路和增益大于一倍的電路通常就不需要軌到軌輸入，但是卻需要軌到軌輸出。你真的需要軌到軌輸入的運(yùn)放嗎？許多工程師干脆直接使用軌到軌運(yùn)放，這樣不用擔(dān)心共模輸入的范圍。這些工程師在需要和不需要軌到軌的場合均使用相同的運(yùn)放。然而無論你如何選擇，了解關(guān)于軌到軌輸入運(yùn)放以及如何權(quán)衡的知識，可以更明智的選擇運(yùn)放。
這里有一些運(yùn)放的例子：
OPA340 雙輸入級，校準(zhǔn)輸入偏置，5.5MHz 軌到軌 CMOS
OPA343 雙輸入級，未校準(zhǔn)輸入偏置，5.5MHz軌到軌CMOS
OPA320 輸入級電荷泵，校準(zhǔn)輸入偏置，20MHz 軌到軌CMOS
OPA322 雙輸入級，未經(jīng)過校準(zhǔn)，20MHz 軌到軌CMOS
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