单电源运算放大器的设计与应用方案

电源电压值下降，信号质量和完整性不断提高。在这种情况下，服务于某些应用（例如，高精度，DS或SAR转换器系统等）的基本模拟设备可能会因难以获得更高轨到轨输入性能的放大器而感到不知所措。
一个简单的轨到轨运算放大器（opamp）必须具有真正跨过最小失真电源的晶体管设计。在许多应用电路中，这一要求是不可商议的。
早在1970年代，单电源运算放大器设计的发展趋势就始于单个差分输入级，该级涵盖了共模输入范围的一部分。在该器件之后，该运算放大器设计有两个差分输入级（互补输入级），它们在放大器的轨到轨共模范围内共享轨到轨输入操作（有些失真）（请参阅参考资料1）。
）。这些解决方案均无法提供能够满足放大器整个共模输入范围所需的高精度系统要求的放大器。
最后，集成电路设计人员诉诸其他设备的技术来解决此问题。现在，最常用的电荷泵用于将放大器的单个差分输入级推到正电源上方（参见图1）。
放大器设计者将开关机构的频率置于放大器带宽之上，并将开关噪声保持在放大器的理论本底噪声以下。图1 OPA635和OPA333单电源放大器的输入拓扑那么，带电荷泵的单差分输入级会给您带来什么呢？放大器的共模抑制比（CMRR）有望提高20dB至30dB。
如果放大器处于缓冲结构中，则这种增加具有积极的作用。您还可以将放大器的总谐波失真降低近10倍。
因此，如果在输入级使用带电荷泵的放大器来驱动高精度SAR或DS转换器，则会发现系统性能得到了改善。例如，由具有缓冲器结构的运算放大器驱动的ADC的总谐波失真等于ADC的贡献与运算放大器失真的和。
在这种结构下，系统THD为：THDOPA-％是运算放大器产品手册的THD规格，以百分比为单位。使用这些公式，如果具有互补输入级的运算放大器的THD规范为0.004％（VIN = 4Vp–p），而16位SARADC的THD规范为–99dB，则系统THD为–88dB。
或者，如果运算放大器的输入级具有0.0004％（VIN = 4Vp–p）符合THD规范的电荷泵（见图1），则系统THD变为-98dB。单电源放大器一直跟随着高精度转换器的发展。
这可以通过设计许多创新的放大器电路拓扑来实现（例如：带电荷泵的输入级）。尽管电荷泵是一个很好的权宜之计，但我们仍然追求低电压系统电源和更高的信号完整性。
我认为创新的模拟电路设计师毕竟将拥有光明的未来！