Русак А.Б.

Операционные усилители Rail to Rail от STMicroelectronics.

STMicroelectronics, являясь одним из лидеров в производстве аналоговых полупроводниковых компонентов, основной фокус в этой области делает на операционные усилители (далее ОУ). Компания предлагает широкий выбор ОУ, включая полностью законченное семейство называемое Rail to Rail. Разнообразие выпускаемых ОУ позволяет удовлетворить спрос различных разработок как индустриальной, так и бытовой техники в особенности портативного микро дизайна как-то карманных MD-плееров или мобильных телефонов.

Почему именно Rail to Rail?

Сегодня популярность Rail to Rail ОУ быстро растёт. Последнее обусловлено требованиями промышленности, вызванными её движением в сторону низковольтных областей. Этот рынок полностью контролируется разработками портативных устройств питающихся от миниатюрных батарей или аккумуляторов. Причиной работы на низких напряжениях является всё большее увеличение скоростей обработки сигналов и как результат, необходимость снижение потребляемой мощности. (Вспомните, что увеличение скорости передачи цифровых данных требует большего энергопотребления).

Так как во многих областях применения ОУ имеется тенденция снижения напряжения питания ( 3V и ниже), стандартные операционные усилители уже не могут более выдавать широкий размах выходного сигнала без искажения его динамических характеристик.

Полный выходной сигнал - от негативного уровня питания к позитивному (from negative Rail to positive Rail) достигается с применением ОУ с "Rail to Rail" архитектурой (отсюда и название "Rail to Rail") которые могут быть рассмотрены как следующий шаг после однополярных ОУ.

На рис. 1 представлены графики поясняющие разницу между разными видами операционных усилителей.

Рисунок 1. Сравнительные графики различных OY

Как выбрать Rail to Rail ОУ.

Как выбрать ваш прибор из целого семейства приборов? Опыт STMicroelectronics аналоговых разработок показывает, что ключевыми параметрами здесь являются: GBP (Gain-Bandwidth Product - граничная частота) и Icc (ток потребления). Смотри <рис. 2 и таблицу 1. Таблица 2 показывает аналоги ОУ типа Rail to Rail от различных производителей.

Рисунок 2. Схема выбора OY

Таблица 1. Операционные усилители - руководство по выбору

Число ОУ:

S-одинарный,

D-сдвоенный,

T-строенный,

Q-счетверённый

(*) - Планируется выпуск

Более полная информация содержится на сайте www.st.com/amplirtr

Таблица 2. Кросс-таблица аналогов OY типа Rail to Rail различных производителей

Несколько примеров применения Rail to Rail.

Видео усилители: TSH70/1/2/3/4/5

Рисунок 3. Оконечный видеоусилитель

Семейство TSH7x с быстродействующей обратной связью предлагает ОУ с GPB индексом = 70Мгц, скоростью нарастания 130V/ms и квази - Rail to Rail выходом. Широкий диапазон напряжения питания (3 - 12V) делает этот прибор простым в применении во многих разработках. Основное применение прибора - работа в диапазоне частот видеосигнала. Прибор выдаёт на выходе 2 Vpp На 150 Омную нагрузку даже при 3.3 V напряжения питания.

Семейство также включает в себя версию TSH71/3/5 c наличием функции Standby. В режиме Standby выход прибора переключается в высокий импеданс, что с одной стороны позволяет снизить потери тока на 75-ти Омной нагрузке и что более важно, эта функия позволяет соединять параллельно выходы нескольких подобных источников видеосигнала. Последнее позволяет неограниченно комбинировать приборы друг с другом осуществлять их взаимное матрицирование.

Важным для высокопроизводительных разработок является высокая линейность прибора (дифференциальные усиление/фаза) и отношение сигнал / шум.

Малое число гармоник и интермодуляционных искажений равно как и малая групповая задержка делает прибор удачным для большого числа устройств с широкой полосой частот.

Области применения

Обработка видеосигнала, привязка уровня, усиление, эквалайзинг, кабельное буферирование.

"Долг" перед 3 V системами: TS921/2/4/5

Рисунок 4. Усилитель головных телефонов

TS92x одинарный, сдвоенный и счетверённый ОУ изготавливается по продвинутой биполярной технологии. Этот прибор разработан так чтобы гарантировать особую линейность и низкое входное напряжение смещения равно как и обеспечение 80mA выходной ток при 2.7V.

Благодаря высокому запасу по фазе и усилению, TS92x - Rail to Rail ОУ остаётся в стабильном состоянии даже при работе на высокую ёмкостную нагрузку на выходе. С 4МГц GPB индексом, микровольтным входным напряжением смещения и низким напряжением шума на входе прибор может применяться там где требуется высокое усиление и точность.

В дополнении, TS925 имеет режим Standby и встроенную фантомную землю (Vcc/2) для простого и компактного дизайна.

Низкая шумность, малый THD, и высокий выходной ток делают семейство TS92x абсолютным кандидатом для аудио разработок. TS92x может напрямую работать на 32 омный наушник головного телефона, даже при низком напряжении питания батареи.

Разработанный вначале в основном для применения в мобильной телефонии, прибор становится всё более популярным в мире портативных аудио устройств.

Области применения

• 80mA выход; драйвер головных телефонов
• Драйвер линии (модем)
• Драйвер катушки индуктивности для сенсоров
• 4 МГц GPB индекс: распределение RF-сигналов (управление усилителем мощности в мобильных телефонах)
• Малый шум (9nV / Hz) и искажения: портативные аудио устройства, активные фильтры, измерительная техника.
• Vio < 1mV: Измерительная техника, сенсорика

Заключение

Всё более быстрый рост отечественного производства требует конкурентоспособных изделий с малой ценой, короткими сроками поставки и миниатюрных. ОУ STMicroelectronics как раз обладают всеми этими достоинствами. Задача конструктора правильно выбрать необходимый тип операционного усилителя. Задача дистрибьюторов ST поставить товар в срок. А сроки поставки по основным ОУ STMicroelectronics составляет 6 недель.