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來(lái)源：Digi-Key 作者：Bill Schweber 過(guò)去幾十年，我們對 IC 技術(shù)一直有這樣一種認識，即朝著(zhù)更高級別的功能集成度方向發(fā)展，這對全數字和混合信號應用而言是一件好事。由于新元器件集成了更多的信號鏈，因此優(yōu)勢更多，例如整體設計更簡(jiǎn)單、互連器件更少、可靠性更高、板空間占用更少、元器件之間的不兼容風(fēng)險消除、功率耗散更低、系統級性能獲得保障、規格書(shū)更加全面，當然成本也就更低了。 但是，集成這件事也并非完全一邊倒。相同的供應商在單一 IC 中提供高度集成功能的同時(shí)，也會(huì )推出性能高但功能極少的 IC，如用作基本構件的運算放大器。 在某種程度上，這兩方面相互矛盾。畢竟，如果能通過(guò)使用更高集成度的器件而“擁有全部”或者至少“擁有更多”功能，為什么要選擇單一功能運算放大器呢？答案很復雜，這取決于元器件的規格、相互之間的相對平衡、應用、優(yōu)先考慮事項，以及最重要的是，相關(guān)的權衡和取舍。 盡管存在限制，但仍要進(jìn)行權衡以滿(mǎn)足目標，這是工程設計和專(zhuān)業(yè)知識的核心。在評估集成度更高器件的吸引力時(shí)，必須相比能用于構建完整系統的高度優(yōu)化單一功能構件，就關(guān)鍵參數存在的任何性能欠缺進(jìn)行權衡。我們將使用 Analog Devices 的兩種非常不同的元器件作為示例進(jìn)行說(shuō)明。 Analog Devices 的 AD5490 電化學(xué)前端 下面將討論 Analog Devices 最近推出的一種用于恒電位、電流和電壓測量的完整電化學(xué)前端 AD5490，這些測量是電化學(xué)和生物實(shí)驗的標準要求（圖 1）。 
圖 1：Analog Devices 的 AD5490 是一種電化學(xué)和生物實(shí)驗的完整電化學(xué)前端。（圖片來(lái)源：Analog Devices） 這款 IC 旨在測量從 50 pA（或 10-12 A）至 3 mA（或 10-3 A）寬廣范圍內的傳感器輸出。這種跨度在生物阻抗應用中很常見(jiàn)，如評估皮膚和身體阻抗、連續血糖監測以及電池阻抗測試（圖 2）。對于 AD5490，根據所選的輸入通道，典型輸入偏置電流為 20 或 80 pA。
圖 2：AD5490 針對生化和人體測量進(jìn)行了優(yōu)化，例如這種高頻四線(xiàn)生物阻抗回路。（圖片來(lái)源：Analog Devices） 這是一種精密的復雜 IC，其規格書(shū)多達 133 頁(yè)。若嘗試用分立元器件復制其電路，則將是一項重大任務(wù)。除了極低的輸入偏置電流外，該 IC 還包括模數轉換器 (ADC)、數模轉換器 (DAC)、電壓基準、開(kāi)關(guān)矩陣等。 鑒于所有這些功能，設計人員為什么不選它呢？畢竟，如果產(chǎn)品能夠實(shí)現項目目標，那么在手頭已經(jīng)有不會(huì )帶來(lái)麻煩和挑戰的現成電路情況下，還要嘗試構建一個(gè)類(lèi)似的電路，這將是愚蠢且不負責任的行為。 Analog Devices 的 ADA4530-1 運算放大器 然而，一些應用的推動(dòng)主要是由于需要甚至更低的輸入偏置電流，例如最高性能的靜電計和光學(xué)傳感器。Analog Devices 深知“沒(méi)有一種尺寸適合各種應用”，因此最近還推出了 ADA4530-1 產(chǎn)品，這是一款毫微微安（fA 或 10−15 A）輸入偏置電流的運算放大器。此外，該產(chǎn)品還包括一個(gè)集成防護緩沖器，可防止可能導致意外電流的雜散電位差（圖 3）。
圖 3：ADA4530-1 運算放大器具有毫微微安級的輸入偏置電流，并帶有集成的防護緩沖器連接 (GRD)，其作用是防止可能導致意外電流的雜散電位差。（圖片來(lái)源：Analog Devices） 即使這種功能簡(jiǎn)單的器件也有很多細微差別，詳見(jiàn)其 52 頁(yè)的規格書(shū)。輸入偏置電流比 AD5490 前端 IC 小三個(gè)數量級，低溫度系數高達 60⁰C 左右（圖 4）。這兩種規格都非常出色，適合用于需要這些細小但關(guān)鍵屬性的目標應用。
圖 4：ADA4530-1 的輸入偏置電流-溫度圖顯示，在高達 55 至 60⁰C 時(shí)保持在 0.1 fA 左右或以下，因此為系統性能帶來(lái)穩定性且誤差最小。（圖片來(lái)源：Analog Devices） 由于重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)參數是極低的偏置電流，因此可用于針對該屬性?xún)?yōu)化的設計、工藝和制造流程，但可能不太適合其他相關(guān)功能，如 ADC、DAC 或電壓參考。 結語(yǔ) 一般而言，這種向更高集成度不斷發(fā)展的趨勢對于供應商和設計人員來(lái)說(shuō)都是好事。然而，也有的低級別構件針對特定屬性進(jìn)行了優(yōu)化，仍占有一席之地，如 ADA5430-1。當首選從 DC 至 RF 的靈敏低噪聲模擬電路，并且項目也需要混合模擬/數字或者甚至全數字功能（如各種類(lèi)型的處理器和內存）時(shí)，尤其如此。 如果要決定是選擇集成度更高的產(chǎn)品還是由分立元器件構建自己的產(chǎn)品，最好是查看相關(guān)供應商的最新產(chǎn)品發(fā)布，因為選擇更新太快。盡管如此，有時(shí)一個(gè)很普通的、功能單一、高度優(yōu)化的無(wú)折中器件對于整體設計的成功至關(guān)重要。 雖然許多人顯然會(huì )從 ADA5430-1 中受益，但他們也必須自己構建相關(guān)的電路。這是一種權衡，他們必須仔細考量，然后決定相關(guān)的挑戰和獲得的益處是否值得。盡管如此，應用要求和競爭壓力可能仍會(huì )左右他們的決定。 相關(guān)內容 “如何高效選擇和使用精密運算放大器” https://www.digikey.com/en/artic ... op-amps-effectively “如何實(shí)現高靈敏度分光光度檢測電路” https://www.digikey.com/en/artic ... ric-sensing-circuit “使用暗電流補償改進(jìn)脈搏血氧飽和度測量結果” https://www.digikey.com/en/artic ... urrent-compensation |
