高精度运放需求日增，向高压和零温漂方向发展

今天很多应用都需要用到高精度运放，如医疗电子仪器、低噪声仪表、精密低漂移低频ADC驱动器、热电偶和其它温度传感器前端放大器、惯性传感器、工业过程控制系统、体重计、流量计、压力传感器，特别是家用保健型医疗仪器和医院用高端成像设备，前端采集的传感器模拟信号通常都非常的小，必须经过放大才能送到ADC进行模数转换，如果前端运放的输入电压噪声或失调电压与输入采集信号处于同一数量级，那么这些噪声或失调电压很可能不会被滤掉，而是被放大后送到后端数据计算系统进行处理，这有可能导致系统严重的误判。此外，运放温漂也会在环境工作温度较高时使系统造成误判。如果用户或医生过度信赖电子医疗仪器数据诊断病情或开处方，有可能会给用户带来健康或情绪困扰，因此很多工业、仪器和医疗电子应用对高精度低温漂精密运放的需求每年呈递增态势。

高精度模拟器件需求增长迅速

CADEKA公司总经理Craig Swing

随着曾先后从NSC和飞兆分离出来的CADEKA公司总经理Craig Swing表示：“目前全球市场对高精度模拟器件的需求大约为每年60亿美元，约占整个模拟器件市场的20%。高精度模拟器件的前三大需求市场分别是：工业电子、医疗电子和仪器、通信电子。”

高精度运放是高精度模拟器件的一个重要组成部分，目前大多数高精度运放的电源电压大都在5V到12V之间，因为很多消费类和医疗电子类应用的信号电压都不会大于这一范围。但随着越来越多的工业控制和通信电子需要用到±12V或±15V信号电压，高压高精度低温漂运放开始得到供应商越来越多的重视。例如，最近TI利用高压CMOS工艺开发出业界第一颗零温漂36V斩波运放，Intersil利用其PR40双极工艺开发出一系列高精度低温漂40V运放。

Intersil 精密模拟产品市场经理Paul Lee

据Databeans统计，2011年医疗器械用放大器的全球营收为2.23亿美元，年均复合增长率为11%。不出预料，绝大多数的放大器消耗来自中国和亚太地区。

Intersil 精密模拟产品市场经理Paul Lee表示：“虽然存在例外，但大多数高端医疗仪器设备主要使用高性能JFET输入运放，这些运放在低频和宽带下均提供优良的DC参数和低噪声。”

TI高性能模拟产品业务拓展经理宋浩然补充道：“JFET高精度运放一般用于电流检测应用，因为它的输入漏电流较小。CMOS高精度运放主要用于电压检测应用。”

对于便携医疗设备，CMOS运放最受欢迎，因为它们以较低功耗和合理的成本提供相当好的性能。

TI高性能模拟产品业务拓展经理宋浩然

纵观整个医疗电子市场，低功耗、高集成度、小体积、低成本、高性能及高可靠性必然是发展趋势，创新型医疗电子则向更加灵活、实惠和便携的方向发展。

Paul Lee指出：“便捷式医疗市场朝集成式解决方案方向发展的趋势特别明显，其目的是降低成本和提升性能等。”

不同医疗电子应用对高精度运放的需求是不同的。例如，超声系统需要噪音非常低、通常增益可调且动态范围较大的运放作为模拟采集的前端，如AD8332/4, 目前在新的设计中更多的是集成式的模拟前端，其不但集成了低噪声运放、可编程增益放大器，同时还集成有ADC，如AD927x系列；对于心电图仪这种有较高人体共模干扰的设备，一般需要共模抑制比高、噪声低的运放产品作为调理电路。

但是，根据不同的系统设计结构，在运放的选择上也会有所不同，便携医疗电子设备通常需要偏置电流非常低、供电电压低、失真低、成本低、尺寸小的运放，甚至是SoC的解决方案；CT等大型复杂影像设备需要通道数多、噪声低、一致性好的积分器类运放，通道密度高，所以功耗也是重要的方案选型的重要指标。

不同应用对高精度运放需求特点

不同医疗系统对高精度放大器的要求区别很大，ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜表示：“超声应用一般要求高集成度的低噪声运放，如ADI推出的AD927X低噪声放大器，它集成了低噪声放大器、可变增益放大器、抗混叠滤波器以及ADC等，这种高集成方案大大提高了客户系统的性能，降低了功耗，同时使得设计大为简化；对于CW通道的运放芯片，一般对噪声、功耗、以及失真都有很高的要求，如ADI的ADA4897-1/-2和ADA4896-2，在类似的应用场合都有很好的市场反馈，并且出货量都很大。”

ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜

ADI的ADuC7xxx系列放大器集成了模拟信号调理、ADC和处理器等，非常适合便携式医疗产品的设计，如AD8235/6仪表放大器，它可在保持高精度和低噪声的同时，功耗仅有40uA，在电池类供电的便携式医疗设备应用中极具优势，如可应用到SPO2、 血糖仪、血压计、体温计以及便携式ECG设备中；像CT这样的大型设备，通道数非常多，以前采用分立器件或是8通道、16通道的放大器进行信号的放大，但现在ADI专门推出了具有128个通道的电流输入数字输出的ADAS1128。

王胜说：“对于医疗仪器，其应用种类和对放大器类产品的要求就更加多样化，即使是同种应用系统，可能因为各个客户的方案不同，其选型上也可能有较大差别。”

不过，他指出，对于医疗电子来说，理想的解决方案是相对的，大多是综合各种设计要求及成本考虑的折衷选择，或者是在可选的方案中的相对最优。
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最新高精度运放解决方案
目前市面上能够提供高精度运放的前五大供应商有TI、ADI、Linear、Maxim和NSC，Intersil刚进入这一市场不久，CADEKA和Dioo(帝奥微电子)则规模还不大，但最后两家公司的运放产品性能却一点也不弱，有些性能甚至处于业界领先地位。

王胜表示：“目前ADI在高性能运放市场中已占有42%的市场份额(Databeans 2010数据)，我们已经拥有明显的领先优势。”

不过，TI在高压零漂移运放领域走在了ADI的前面，最近TI推出了双通道零漂移36V运算放大器OPA2188，主要针对对精度要求超高的高、低电压电源应用，如测量测试设备、电子秤、医疗仪表以及流量计等。

宋浩然表示：“业界首款OPA2188与同类竞争产品相比，可在相同功耗下将失调电压漂移改善4倍，初始失调电压改善60%，带宽提高1倍。”

OPA2188 将 TI 专有的零漂移技术与其高精度36V CMOS工艺相结合，可为模拟设计人员解决在高电压环境下实施高精度测量的技术难题提供简单明了的方法，它帮助客户在控制与自动化等应用中实现更高的效率，以及在便携式医疗设计中获得更高的准确度。

OPA2188的具体性能优势包括：1）零漂移架构，每摄氏度0.03uV，可减少未来系统校准需求；2）25uV初始失调电压可实现同类最高分辨率的传感器测量；3）在仅消耗475uA静态电流的同时，提供2MHz带宽，将帮助便携式医疗应用提供更高水平的准确度；4）高系统精度的8.8nV/rtHz低噪声；5）输入共模电压范围从负轨扩展到正轨1.5V内，不但可节省其它电路系统，而且还支持5V单电源工作。

OPA2188是TI第一个高压高精度斩波运放，主要针对电源电压通常为±12V或±15V的工业或通信计量应用，此前TI推出的高精度运放的电源电压基本上都在5V-12V之内，如知名的OPA333、OPA335、OPA378和OPA734/735。

传统上36V高压高精度低温漂运放是采用双极工艺实现的，如Intersil采用高压双极工艺PR40开发的ISL28127、ISL28117B/28217B，它们的最大电源电压可高达40V，TI是业内第一家利用CMOS工艺开发出36V高压零温漂运放的供应商，将CMOS工艺的低成本优势也带进了高压高精度运放领域，如OPA2188的1K订量定价仅为1.40美元。

Intersil精密产品副总裁兼总经理Roger Levinson表示：“PR40工艺的最大优势是可以提供低噪声和高可靠性，它使得我们的产品与竞争对手相比，可以一半的功耗提供相同的性能。”

例如，ISL28127的带宽高达10MHz，温漂值为0.5uV/℃，输入失调电压为70uV，输入噪声仅为2.5nV/rtHz，CMRR和PSRR分别高达115dB，不过，它的功耗有些大，高达2.8mA。ISL28117B/28217B虽可将功耗和输入失调电压分别降至530uA和50uV，但温漂升高到0.6uV/℃，输入噪声上升到8nV/rtHz，带宽降至1.5MHz。这三款产品每订购1K的报价分别为1.05美元、0.95美元和1.89美元。

除了高压运放，Intersil最近还推出了全新5V超低噪声、斩波稳定式零漂移轨对轨放大器ISL28134。该产品能在与竞争对手放大器耗电量类似情况下，将噪声降低一半，十分适用于低噪声、高端仪表系统。

ISL28134的主要性能特点为：1)0.1Hz至10Hz的噪声电压仅为0.25uVp-p;2)输入失调电压最大值为2.5uV;3)输入失调电压温漂最大值为15nV/℃;4)功耗仅为675uA;5)轨对轨输入输出;6)共模抑制比(CMRR)高达135dB。

Cadeka开发出了两款具有当今市场上最低宽带噪声的(0.60nV/√Hz)高速放大器CLC1001与CLC1002，比同档次产品中最接近的对手还低30%。

除了超低0.60nV/√Hz 输入电压噪声之外，CLC1001与CLC1002还提供了最大1mV的输入失调电压以及出色的交流性能，使它们非常适合应用于需要高灵敏度和高信号完整性的高速数据采集系统。这两款放大器的电流消耗均低于13mA，它们还具有关断功能可以使电流消耗进一步降低到225uA以下。

尽管Cadeka总经理Craig Swing充满骄傲地说：“CLC1001与CLC1002是我们先进放大器设计经验的最好例证，我们特有的架构使我们能够在这个价位上提供业界最好的噪声表现。”

不过，TI宋浩然指出：“高精度运放的各项性能指标实际上是折中的结果，你可以通过牺牲功耗将输入低噪声指标做到业界最好，但客户其实更需要性能平衡的高精度运放，而这正是我们的开发策略。”

CLC1001设计具有10V/V或者更高的增益，并且为开发者提供了低噪声、2.1GHz增益带宽积、410V/us的压摆率以及130mA输出电流驱动能力，而电流消耗仅为12.5mA。CLC1002设计用于那些需要较低增益(5V/V或者更高)的应用。CLC1002的优良特性包括965MHz的增益带宽积、170V/us的压摆率、130mA输出电流、以及同样的业界最低噪声0.60nV/√Hz。它的不足之处是CMRR较低，只有85dB。

同时具有低噪声、低输入失调电压、高速、高输出电流、以及出色的带宽性能使CLC1001与CLC1002可以胜任很多如高速通信、医疗、以及仪表应用，包括雷达、声纳、机站、超声、X光、探头以及测试设备。

CLC1001与CLC1002采用无铅封装，并且符合RoHS标准。1K定购价格分别为1.20美元和1.049美元。

“我们的高精度运放产品与世界前五大供应商相比，性能一点也不差，有些甚至还领先，再加上我们架构创新实现的更低成本，使得它们具有市场最好的竞争力。例如，我们的运放产品在带宽达到1GHz时可以接收9Vp-p输入电压，在80MHz时可以接收20Vp-p的输入电压，目前业内没有其它供应商能实现这一性能。”Craig Swing指出，“虽然我们目前在市场上还处于起步阶段，但我相信不久以后市场份额就会有很大的提升。”

Dioo目前共有两款高精度运放产品，分别是DIO2101和DIO2201。DIO2101是一种高性能电压反馈放大器，目标应用市场主要包括：医用超声通道放大器、低噪音需求的数据采集、探头设备和测试设备。DIO2201是一种单通道低功耗放大器，目标应用市场主要包括：医疗仪器设备、低噪声数据采集、互阻放大器、测试设备及其探测应用。这二款器件均可提供领先业界的超低电压输入噪声(0.6nV/√Hz)性能。

DIO2101的其它主要特性包括：超低失调(最大为1mV)，2.1GHz的增益带宽积(GBP)、410V/μs的转换率、高达130mA的输出电流能力、工作温度范围可从-40至+125℃、工作电压范围为4V-12V，仅消耗12.5mA供应电流，并有省电模式(启用/禁用引脚在225μA低功耗模式)。DIO2102是专为在速度、灵敏度和最小信号失真方面能理想应用的仪器而设计。 [!--empirenews.page--]

DIO2201的其它主要特性包括：950MHz的增益带宽积、170V/μs的压摆率，低输入失调电压(1mV)、高达130mA的输出电流能力、低功耗(13mA)、省电模式下只有不到225μA、温度范围为-40至+125℃和4V至12V电源供应，它是专为要有超低失真、精确度高以及低功耗应用的高速低噪音信号处理器设计的。

最新Design-Wins

Paul Lee透露：“我们三个季度前刚发布的首款JFET放大器ISL28210取得的第一个设计成功是在‘Goldway’(中国)的患者监测应用。我们还在争取一个机会，这就是在‘Landwind’(中国)的生物医疗分析仪应用。如同大多数水平（行业）客户一样，该机会的规模开始也很小(刚刚开始)，但有望随着时间的推移而增大。”

Intersil目前的主要分销合作伙伴是P&S、Avnet、Dahua和Burnon。Paul Lee表示：“对于重要或大医疗行业客户，如Mindray，我们将直接提供服务/支持。”