5. 双运放将…
先不给出答案,开始搬运。
因为TI攻城狮的翻译实在是水(kan)平(bu)高(dong),所以有了这个搬运文,渣CET6水准,别喷。
当两个或更多的运放的特性匹配良好时,有些电路的表现会非常好。那么,在一个双/四运放封装中,它们的特性又匹配得如何呢?嗯哼?<译者:卖萌是求打脸的节奏>
在我们的精密运放E2E论坛(precision amplifier E2E forum)<译者:这货是什么>上出现的最多的要求就是:匹配偏移电压和温度电压漂移。举个栗子,如果你在设计一个仪表运放,匹配运放偏移可能会接近于0(matching op amp offsets would produce a net zero offset)。但是,实际情况呢?
我们来看图1几何布局:
图1<图中文字:这个双运放拥有一个对角线的共质心的输入级,并且布局很均衡。管A和A',B和B'均平行>
每 个运放都有输入级晶体管,它们必须匹配良好,从而运放才能有较小的偏移电压。我们很撸力地仔细匹配这些晶体管对。图中的这种对角连接方式是一种基本的技术 ——每个晶体管都被分成了两半,A和A',B和B',从而这些晶体管对的几何中心可以重合。如今,我们用更精细的工艺来混合布置晶体管。共质心 (common centroid)是其中最常见的技术。
问题来了……<为什么会有问题……我根本看不出来问题>
我们的确在IC的某一侧仔细地匹配了两个共质心的输入级晶体管,剩下的却是随机失配(residual random mismatch)。谁能保证IC另一侧的两个晶体管拥有相同的随机失配?!恐怕答案是不太可能。 其他原因造成的匹配的偏移可能存在,但我们已经尝试着消除了所有系统偏移的源头,所以剩下的偏移很可能都是随机的。很遗憾,但是偏移电压不大可能被很好地匹配。<我感到了淡淡的恶意>
我们在data sheet中一般用如下图的方式来描述:
所以依赖于内部元件匹配的一些参数——即使在双/四运放中也不大可能比单运放匹配得更好。比如说:
然而,对于依赖于内部元件的基本参数的一些参数——在双/四运放中却很可能比单运放匹配得更好。比如说:
老前辈们可能记得早期的双运放的确倾向于更加匹配——就它们特定值的百分比来说( as a percentage of their specified value)。但是这些老器件的表现实在是平平。它们设计简单,没有细致地注意内部元件的匹配,没有今天的这种均衡的设计以及IC布局。
我们得到的结论是:双/四运放仅仅是良好平衡的设计以及IC布局,而在偏移上,并没有做的更好。
所以本题应该选d。
网友1:个人觉得这样的讨论其实是没有意义的,就跟我们来讨论世界上到底有没有两片完全一样的叶子一样,同一个器件的两个通道之间存在差异,那两个独立的器件之间的差异岂不更大,试问在这样的一个前提下,如何才可以保证百万数量级的产品在最终被生产出来后性能一致,假如这样的一致是没有办法保证,那百万数量级的产品最终又是如何生产出来的呢?所以我认为这个就是一个工程师的价值所在,或者说一个优秀工程师的价值所在,通过合理的设计来控制器件的离散性,最终得到一致的性能,而不是依靠器件固有的特性来保证,通常在我的设计中双/四运放对我来说就是4个独立的器件,我认为他们本来就是不一样的,而不是特性接近,个人认为也只有这样考虑,你才有可能从其他的方面来寻找驯服他们的方法,而不是让他们依靠自己的固有特性随意发挥,举个例子:一个四运放器件,从单个来说他们的开环增益有可能是1000,990,1010,1020,接近但是是有差异,但是当我们通过负反馈将他们的每个增益都控制在100的时候,他们的差异还会有多大呢,在不好,那我将他们每个都控制在10的时候,他们的差异还会有多大呢?单个来说他们可能是一群有差异的猛兽,但当我们给他们每一个相同大小的笼子的时候,他们的活动范围就会牢牢的控制在我们的手里,我们可以很方便的通过控制笼子的大小来控制离散性的大小,以达到我们想要的目标,当然你也可能会说,我需要的就是一个增益为1000的运放,那我还可以告诉你,你可以用2级,只需要一级25,一级40就可以达到你想要的目标(或者两级级联,输入到输出一个负反馈),你也可能会告诉我,我就是需要单个的来完成,我就是要他们一致,那我真的只能无话可说了,什么叫合理设计也只能仁者见仁,智者见智了。
网友2:如果楼主了解芯片内部设计的话,就不会得出上述分析。 实际上这些运放内部已经设计了offset cancellation. 这种cancellation之后的残余offset已经不受晶体管matching影响。 从datasheet 0.25mV的数据看,此值很可能是由于cancellation设计还不完美所致,例如clock feedthru, charge injection等因素所致。