国半推出提高放大器精度和功耗的VIP50工艺

美国国家半导体公司 (National Semiconductor Corporation) 今日推出的专有 BiCMOS 模拟工艺技术，可以大幅提高新一代高精度、低功率、低电压运算放大器的性能。

图为国家半导体卡洛斯.桑切斯和胡国佳

美国国家半导体是低功率、低电压放大器的领导者，该公司推出 4 款型号分别为 LMV651、LMV791、LPV511 及 LPV7215 的全新放大器，其特色是增益带宽积达到世界的先进水平。以 12 MHz 单位增益带宽的 LMV651 放大器为例来说，这款放大器比采用 SOT 及 SC70 封装的主要竞争产品节省多达 90% 的用电。其他的产品也各有自己的优点，其中包括低至 1µA 以下的电流以及高达 12V 的操作电压等特色，而采用 SC70 封装的纳安 (nanoamp) 比较器则只有 6.6µS 的传播延迟。  

美国国家半导体一直致力壮大高精度放大器系列的产品阵容，今次推出的 LMP7701 及 LMP7711 是该公司这方面的努力成果。这两款芯片是该公司新一代运算放大器系列的首两个型号，具有性能更高、输入偏置电压低于 300µV、输入偏置电压保证低于 200fA、以及操作电压高达 12V 等优点。  

LMP7711 单组装运算放大器可以提供低电流 (50fA) MOS 输入，但所产生的噪音仍然不会超过 7nV/sqrt Hz，这个优点有助减少失真及信号调节错误。由于这款放大器获得高精度薄膜电阻及准确匹配的晶体管配对为其提供支持，因此输入电压偏移错误保证不会超过 200µV，共模抑制比 (CMRR) 又可提高至 95dB，而电源抑制比 (PSRR) 则可提高至 100dB。此外，即使这款芯片在 -40°C 至 125°C 的极端温度情况下操作，其偏移电压漂移 (TCVos) 仍可保持在 1µV/°C 的低水平。  

LMP7701 高精度放大器可以利用 2.7V 至 12V 的供电电压操作，而且可以提供满摆幅 CMOS 输入，其输入偏压电流低至只有 200fA。工程师可以利用微调及设计技术彻底清除传统满摆幅输入放大器常有的较大偏移错误，以便改善输入偏移电压，使整个共模电压范围 (0V 至 12V) 内的输入偏移电压不会超过 300µV。这款放大器芯片也采用已注册专利的校正技术，以调低偏移电压温度系数，以 CMOS 高精度放大器为例来说，这个系数通常都很大。这两款产品都采用 SOT23 封装。  

LMV791 低噪音 CMOS 输入运算放大器的频带噪音只有 5.8nV/sqrt Hz，可说较为平坦。此外，这款运算放大器的偏移电压低至不足 1.3mV，而温度系数则低至不足 3µV/°C，这两个优点有助提高系统的整体准确性。这款芯片的 PSRR 高达 100dB，而 CMRR 则高达 95dB，这两个优点可确保直流电的表现符合高性能应用的要求。此外，这款芯片的停机功能可将空闲模式的功耗减至 1µA 以下。LMV791 采用 6 引脚的 TSOT23 封装。  

LMV651 芯片采用高效率的设计，操作时只耗用 115µA 的电流，比旧型号运算放大器节省多 90% 的用电，但即使这样，这款芯片仍可支持 12MHz 的单位增益带宽，而中频噪音电压则低至只有 17nV/sqrt Hz。由于这款芯片拥有不足 1mV 的输入偏移电压、100dB CMRR 及 95dB PSRR 等优点，因此可以在多种不同的输入电压及供电电压情况下改善直流电系统的整体准确度。LMV651 芯片采用 SC70 封装。  

LPV511 微功率运算放大器所需的供电不超过 900nA，而 LPV7215 微功率比较器则只耗用不超过 600nA 的供电电流。这两款芯片都设有满摆幅输入及输出。LPV511 芯片可在 2.7V 至 12V 的电压范围内操作，而 LPV7215 比较器的操作电压则介于 1.8V 与 5V 之间。LPV7215 芯片的传播延迟只有 6.6µS，使这款芯片可以迅速发现是否有电压错误情况出现，一旦发现错误，芯片会立即将准确的输出响应传送到微控制器或其他系统诊断集成电路。这几款芯片都采用 SC70 封装，而且都可在 –40°C 至 +85°C 的温度范围内操作，因此最适用于电池必须长期开启的系统如烟雾探测器以及工业系统、电信设备及汽车电子系统。  

上述 6 款新产品都按照 VIP50 工艺设计。VIP50 是一种绝缘硅 BiCMOS 工艺技术，其优点是可以利用可微调而高度准确的薄膜电阻改善生产，这是专为开发先进模拟运算放大器及比较器的工艺技术。美国国家半导体今后可以利用 VIP50 工艺设计一系列全新的高精度运算放大器以及具有最高功率转换效率的其他低电压放大器产品。  

美国国家半导体的 VIP50 工艺技术背景资料  

VIP50 工艺  

VIP50 工艺是美国国家半导体独家专有的全新绝缘硅 (SOI) BiCMOS 工艺技术，最适用于生产放大器芯片。目前已有多款采用 VIP50 工艺技术制造的放大器芯片产品，并计划于 2005 年 9 月下旬上市。  

VIP50 是生产放大器芯片的专用工艺技术，其优点是可以确保放大器芯片能在 0.9V 至 12V 之间的供电电压范围内操作，而高精度放大器常用的 +5V/-5V 标准直流电分裂式供电电压以及普通锂电池及镍镉电池的供电都在这个供电电压范围之内。  

采用 VIP50 工艺技术制造的放大器芯片适用于体积小巧的电子消费产品，而采用这种工艺技术制造的高精度放大器则适用于汽车电子系统、医疗设备及工业系统。  

VIP50 工艺技术的优点  

这种工艺技术有多个优点，比传统的双极或 CMOS 工艺技术优胜。双极元件内含的都是高速垂直 NPN 及 PNP 晶体管。BiCMOS 工艺若添加垂直 PNP 晶体管，便可为放大器加设高度平衡的输出级，确保放大器可以充分发挥速度/功率比的优势。  

·    金属氧化半导体 (MOS) 的优点  

双极晶体管可与最低门长度为 0.5µm 的“模拟级”MOS 晶体管搭配一起使用。0.5µm 的 MOS 模块不但可以调节不同性能以确保互相匹配，还可抑制中低频的噪音。对于 MOS 晶体管是信号路径重要组成部分的系统来说，上述的两个特色便显得非常重要。添加了 0.5µm 的 MOS 模块之后，工程师也可将更大量的混合信号技术及数字技术集成一起。  

·    减少不必要的寄生效应及加强设计的可靠性  

电路内部的不同部分都装设于加设了绝缘硅 (SOI) 的圆片之上，然后以沟道互相隔离。这种隔离设计可将电路内部产生的寄生电容减至最少，使放大器的速度/功率比可以进一步提升至世界级的先进水平。VIP50 工艺技术的隔离设计还有另一优点，那就是即使信号电压高于正极供电电压及负极输入电压，放大器芯片仍可处理相关的信号。此外，由于不会出现漏电情况，因此即使在极高温度之下操作，也不会对放大器的性能产生任何不利的影响，令这类放大器芯片的应用范围可以扩大至工业应用及汽车电子系统。  

·    更准确可靠的设计  

用于高精度系统的集成电路都内置电阻器，这是高精度芯片必须加设的关键装置。VIP50 工艺可为这类芯片提供高度准确的低温度系数薄膜电阻，而且电阻匹配准确度高于许多非内置的高精度双组装电阻。VIP50 集成电路的准确度可在圆片阶段或封装之后对薄膜电阻的调整而增强。由于这种工艺最适用于 3.3V 及 5V 的供电电压，因此采用这种工艺制造的放大器芯片不但可以直接连接先进的模拟/数字转换器，而且在信噪比方面还有极出色的表现。  

VIP50 工艺技术可以提高美国国家半导体产品的性能  

最先推出的几款采用 VIP50 工艺制造的放大器产品具有高速度/功率比、低功率操作及高准确度等优点。  

可以减少不必要寄生效应并内置先进垂直 PNP 晶体管的产品  

LMV651 运算放大器的速度/功率比高于目前同类产品 10 倍以上。这款放大器芯片可提供 12MHz 的带宽，而且只耗用 110µA 的供电电流。已成为业界标准的 LMV321 放大器则耗用 130µA 的供电电流，而且只提供 1MHz 的带宽，相比之下，LMV651 芯片的速度/功率比高于 LMV321 约 15 倍以上，在同类产品之中，LMV651 的速度/功率比也最高，而且其偏移电压低于 1mV，但所采用的 SC70 封装则极为小巧，大小只有 2mm x 2mm。

设有可匹配 MOS 输入这种先进功能的产品  

LMP7701 芯片设有 MOS 轨到轨输入级，而且有极高的匹配准确度，不会像传统的 CMOS 轨到轨放大器那样经常出现较大的偏移干扰。此外，这款芯片也可利用专利的校正技术调低偏移电压的温度系数，这是 CMOS 高精度放大器所无法做到的。LMP7701 芯片的输入阻抗极高，而输入偏移电压则极低，而且无论在任何温度之下，最高输入偏移电压都不会超过 300µV，因此是传感器接口系统的理想解决方案。此外，这款芯片可以利用高达 12V 的供电电压操作，因此一般的工业系统也可采用这款芯片。  

采用先进的低噪音 MOS 输入结构的产品  

LMV791 芯片虽然只有一个 MOS 输入级，但噪音仍可保持在较低的水平 (不超过 5.8nV/SqrtHz)，而且还可提供高达 14MHz 的带宽。由于这款芯片有这些优点，因此是高读数准确度光电传感器的理想解决方案。LMV791 芯片可以利用低至 1.8V 的单一供电电压操作。  

设有高匹配准确度 MOS 晶体管、薄膜电阻及微调功能的另一高精度芯片  

LMP7711 芯片不但具有LMV791 各方面的技术优点，而且还保证无论在任何温度下输入偏移电压都不会超过 500µV，而输入偏置电流则不会超过 100pA。此外，这款芯片也适用于交流电及直流电表现都有严格规定的系统，并保证其 TCVos 电压必定符合要求。  

采用绝缘硅技术的产品  

LPV511 微功率运算放大器及 LPV7215 微功率比较器只需不超过 900 nA 的供电电流，速度则比同类产品优胜。这两款芯片都可提供轨到轨的输入及输出。LPV511 芯片可在 2.7V 至 12V 的电压范围内操作，而 LPV7215 芯片则可在 1.8V 至 5V 的电压范围内操作。这两款芯片都适用于以电池供电但必须长期开启的电子设备。  

美国国家半导体将于 9 月推出一系列采用 VIP50 工艺技术制造的高精度及低电压/低功率放大器产品，以上介绍的几款芯片将会是最先推出的几个型号。