part-13 轨至轨输入(Rail to Rail)
2017-04-22 15:25
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单电源运放的广泛运用,运放的轨至轨输入成为一个时髦词。现在大部分低电压单电源供电的运放都是轨至轨输入的。本文介绍运放轨至轨输入的实现以及TI实现轨至轨输入方面的领先技术。
这里的轨至轨,轨指的是电源轨,就是运放的两个电源供电电压,比如+/-15V,这两个电源电压就像两条平行距离为30V的轨道一样,限制了运放的输入输出信号。
运放的轨至轨输入是指运放输入端信号电压能够达到电源的两个轨,并保持不失真。通过datasheet的共模电压范围Vcm(commom-mode Voltage Range)是否基本等于电源电压范围,可以很容易分辨一个运放是否为轨至轨运放。比如:(V-) – 0.1V <= Vcm <= (V+)+0.1V。
一般的FET和BJT是非轨至轨输入的运放。比如:(V-) + 3V <= Vcm <= (V+) - 3V。
单电源运放输入级通常有三种结构。
第一种是采样PMOS做差分输入。这样的运放输入级电压可以低于负电源轨0.2V甚至0.3V,但达不到正电源轨。比如:-0.2V <= Vcm <= (V+) - 1V。
其输入级原理框图如下:
既然PMOS差分输入级运放输入电压达不到正电源轨,那NMOS差分输入级运放输入电压也达不到负电源轨,一般会在负电源轨的1.2V以上。
此时,如果把PMOS和NOMS输入差分级并联起来,在接近电压负电源时使用PMOS工作,接近正电源时用NMOS工作,于是就实现了轨至轨输入。如下图:
Bipolar输入级运放同样也有这样的结构,如下图就是典型的PNP三极管和NPN三极管并联形成的差分输入级。
这里的轨至轨,轨指的是电源轨,就是运放的两个电源供电电压,比如+/-15V,这两个电源电压就像两条平行距离为30V的轨道一样,限制了运放的输入输出信号。
运放的轨至轨输入是指运放输入端信号电压能够达到电源的两个轨,并保持不失真。通过datasheet的共模电压范围Vcm(commom-mode Voltage Range)是否基本等于电源电压范围,可以很容易分辨一个运放是否为轨至轨运放。比如:(V-) – 0.1V <= Vcm <= (V+)+0.1V。
一般的FET和BJT是非轨至轨输入的运放。比如:(V-) + 3V <= Vcm <= (V+) - 3V。
单电源运放输入级通常有三种结构。
第一种是采样PMOS做差分输入。这样的运放输入级电压可以低于负电源轨0.2V甚至0.3V,但达不到正电源轨。比如:-0.2V <= Vcm <= (V+) - 1V。
其输入级原理框图如下:
既然PMOS差分输入级运放输入电压达不到正电源轨,那NMOS差分输入级运放输入电压也达不到负电源轨,一般会在负电源轨的1.2V以上。
此时,如果把PMOS和NOMS输入差分级并联起来,在接近电压负电源时使用PMOS工作,接近正电源时用NMOS工作,于是就实现了轨至轨输入。如下图:
Bipolar输入级运放同样也有这样的结构,如下图就是典型的PNP三极管和NPN三极管并联形成的差分输入级。
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