【導(dǎo)讀】隨著工業(yè)自動化、汽車電氣化、數(shù)據(jù)中心設(shè)備持續(xù)升級，系統(tǒng)工作電壓不斷提升，溫度、壓力、電壓等傳感檢測的精度標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)嚴(yán)苛。高壓信號經(jīng)分壓、放大、轉(zhuǎn)換的模擬信號鏈傳輸過程中，極易產(chǎn)生偏移誤差與溫度漂移，疊加放大后會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性與檢測準(zhǔn)確性，同時傳統(tǒng)精密器件的高成本，也制約了高精度方案的規(guī)模化應(yīng)用。針對這一行業(yè)痛點(diǎn)，TI依托多年技術(shù)積累，打造零漂移與e?Trim?兩大校正架構(gòu)精密放大器，結(jié)合成熟的300mm晶圓CMOS制造工藝，在保障極低初始偏移、超低溫漂的同時壓縮硬件成本，為各類成本敏感型高壓精密檢測場景提供可大規(guī)模落地的信號鏈解決方案。
在消費(fèi)類產(chǎn)品與工廠系統(tǒng)中，電氣化與自動化程度的提高，大幅增加了對更多模擬傳感功能的需求：溫度、壓力，尤其是電壓檢測。隨著檢測精度要求日趨嚴(yán)格，硬件工程師需要越來越精密、低偏移的精密放大器（圖 1），以支撐更廣泛的成本敏感型應(yīng)用。
圖 1 成本優(yōu)化型低偏移精密放大器
理解信號鏈誤差
全球各行各業(yè)持續(xù)采用更高的工作電壓來提升能效和熱管理性能。一個 48V 數(shù)據(jù)中心機(jī)架和一輛由 400V 電池驅(qū)動的電動拖拉機(jī)，面臨著同一個根本性的工程挑戰(zhàn)：如何將高壓信號分壓至 ≤5V，再交由微控制器 (MCU) 處理。這一調(diào)理過程會經(jīng)過精密放大器和轉(zhuǎn)換器（即模擬信號鏈），沿途每個環(huán)節(jié)都會引入誤差。一旦信號被衰減到較低的電壓水平，即使是信號鏈前端引入的微小偏移，也會隨著信號通過下游增益級而倍增，累積的誤差可能會危及系統(tǒng)的安全性或性能。
設(shè)計(jì)階段會出現(xiàn)兩類誤差。初始偏移誤差代表了沿信號路徑上每個元件和增益級所貢獻(xiàn)的累積偏移，而漂移則反映了該誤差在溫度波動和元件老化過程中的不斷變化。這兩者從高壓信號進(jìn)入信號鏈的那一刻起就加劇了精度問題。盡早解決這兩類誤差，可以避免在生產(chǎn)測試期間進(jìn)行校準(zhǔn)所帶來的額外成本和復(fù)雜性。
將最高精度的放大器置于設(shè)計(jì)前端，能夠限制因放大而導(dǎo)致的誤差倍增，從而減少輸出端的總誤差預(yù)算，并降低對下游校正或生產(chǎn)校準(zhǔn)的需求。圖 2 展示了一個電路，其中使用電阻分壓器衰減 48V 信號，然后通過精密放大器進(jìn)行調(diào)理，供模數(shù)轉(zhuǎn)換器和由 5V 電源軌供電的 MCU 解讀。
圖 2 數(shù)據(jù)中心機(jī)架中使用的 48V 信號衰減電路
零漂移與 e-Trim? 架構(gòu)
TI 的精密放大器采用兩種校正架構(gòu)來應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，這兩種架構(gòu)分別適用于不同的成本敏感型應(yīng)用需求。TI 設(shè)計(jì)這兩種架構(gòu)的目的，是為了在數(shù)據(jù)中心、工業(yè)系統(tǒng)和電動汽車所需的各種工作電壓和溫度條件下保持精度。這兩種架構(gòu)還致力于滿足信號鏈中最重要的規(guī)格要求：低初始偏移電壓以及低偏移電壓溫漂，這直接意味著更低的誤差和更高的系統(tǒng)精度。
零漂移放大器在工作期間持續(xù)采用主動校正技術(shù)，以最大限度地減小偏移和漂移，適用于工業(yè)過程控制、精密稱重和醫(yī)療儀器等對直流精度要求嚴(yán)格的應(yīng)用。
TI 的 e-Trim 放大器則在制造過程中采用專有的微調(diào)工藝，以生產(chǎn)出具有低偏移電壓和低偏置電流的器件，且在工作期間無需運(yùn)行主動校正電路。這一組合使其非常適合同時關(guān)注直流和交流信號完整性的應(yīng)用，包括傳感器接口、音頻測量和多級信號調(diào)理。
規(guī)模化的精密 CMOS 制造
TI 數(shù)十年來一直在開發(fā)零漂移和 e-Trim 技術(shù)，已針對工業(yè)、汽車和醫(yī)療應(yīng)用提供了數(shù)十億顆精密放大器。我們的放大器產(chǎn)品系列在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，將增強(qiáng)型精密互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 工藝與我們的 300mm 晶圓制造設(shè)施相結(jié)合，助力降低成本、縮小封裝尺寸，同時實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性和供應(yīng)保障。
結(jié)語
精密模擬性能早已實(shí)現(xiàn)，阻礙其廣泛部署的一直都是成本。隨著這一阻礙逐漸減弱，設(shè)計(jì)人員可以自由地在設(shè)計(jì)需要之處應(yīng)用精密技術(shù)，而不僅限于預(yù)算允許的范圍。隨著工業(yè)、汽車和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的工作電壓不斷攀升，精度要求也日趨嚴(yán)格，精密放大器為工程師提供了大規(guī)模滿足這些需求的基礎(chǔ)。
