【導讀】軌到軌運放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場(chǎng)合。因此，你應該了解軌到軌運放的工作原理，同時(shí)對采用軌到軌運放的設計做一些權衡。
軌到軌運放十分流行，特別是在那些低電壓供電的場(chǎng)合。因此，你應該了解軌到軌運放的工作原理，同時(shí)對采用軌到軌運放的設計做一些權衡。
圖1所示是一個(gè)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(chǎng)效應管負責接近負電源軌部分輸入電壓的導通，這個(gè)電壓可以稍微低于負電源軌（如果是單電源供電，則可以稍微低于地電位）。N溝道場(chǎng)效應管負責接近正電源軌部分輸入電壓的導通，這個(gè)電壓可以稍微高于正電源軌。圖中沒(méi)有畫(huà)出附加電路，這些電路用來(lái)切換哪個(gè)輸入級連接到后級。在離正電源軌大約1.3V時(shí)，許多雙輸入級運放會(huì )發(fā)生輸入級切換。在這個(gè)電壓下發(fā)生切換的原因是，超過(guò)這個(gè)電壓時(shí)，P溝道輸入級的門(mén)極驅動(dòng)電壓已經(jīng)很小，不足以驅動(dòng)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(huà)，比如在增益為1的情況下，將產(chǎn)生輸入失調電壓的改變。一些運放在出廠(chǎng)時(shí)經(jīng)過(guò)激光或電子校準以減少其輸入級的失調電壓。這也減少了在切換輸入級時(shí)失調電壓的改變量，但改變還是會(huì )存在?？刂魄袚Q輸入級的電路是根據輸入電壓和正電源軌的相對電壓來(lái)決定何時(shí)切換的，而不是根據輸入電壓和地的相對電壓來(lái)決定何時(shí)切換。這樣，對于一個(gè)3.3V供電的運放，輸入級切換點(diǎn)就落在了一個(gè)尷尬的地方-電源中點(diǎn)。
雖然大多數應用都忽略這點(diǎn)，但是這種輸入失調電壓的改變在需要高精度的場(chǎng)合下會(huì )成為一個(gè)問(wèn)題。在交流運用中，它還會(huì )帶來(lái)失真。但這里要強調的是，這種情況只會(huì )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(huì )發(fā)生。
圖2所示為另一種類(lèi)型的軌到軌輸入級。內部電荷泵將電壓提升，使得P溝道輸入級供電電壓超過(guò)正電源軌大約2V。采用這種設計只需要一個(gè)輸入級就可以實(shí)現從低于負電源電壓到高于正電源電壓的范圍內的無(wú)縫輸入。因為只有一個(gè)輸入級，所以不用擔心因為輸入級切換帶來(lái)的問(wèn)題。
電荷泵，也許一些設計者聽(tīng)到這個(gè)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，現在都是內部集成。電荷泵產(chǎn)生的噪聲低于帶內噪聲，以至于在時(shí)域中很難看見(jiàn)。然而，那些在帶內噪聲級水平做頻譜分析的應用中，還是可以看見(jiàn)一些偽影。
不是所有應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放嗎？許多工程師干脆直接使用軌到軌運放，這樣不用擔心共模輸入的范圍。這些工程師在需要和不需要軌到軌的場(chǎng)合均使用相同的運放。然而無(wú)論你如何選擇，了解關(guān)于軌到軌輸入運放以及如何權衡的知識，可以更明智的選擇運放。
這里有一些運放的例子：
OPA340 雙輸入級，校準輸入偏置，5.5MHz 軌到軌 CMOS
OPA343 雙輸入級，未校準輸入偏置，5.5MHz軌到軌CMOS
OPA320 輸入級電荷泵，校準輸入偏置，20MHz 軌到軌CMOS
OPA322 雙輸入級，未經(jīng)過(guò)校準，20MHz 軌到軌CMOS
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