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产品描述

LM2903DR/UMW2903/LM2903DT/AIP2903 由两个独立的比较器组成， 可以在宽电压范围内单电源供电，也可以使用双电源供电。只需要两个电源之间的电压差处于2V至36V范围内且VCC比输入共模电压至少高1.5V。静态电流消耗

与电源电压无关。 输出可以连接到其他

两级跨导放大器的比较器。 输入电压和参考电压施加到比较器第一级的正节点或负节点，该比较器由电流镜加载的差分晶体管对组成。 第二级的输出是源极跟随器，用于驱动逆变器。 放大器的补偿网络被移除，以在一定程度上提高操作速度，而逆变器级的使用有助于以最佳速度驱动输出电容负载。

早期的比较器是通过集成运算放大器（Op-Amp）来实现的，存在输入范围窄、速度低、输出与参考数字电平兼容性差、无锁存功能等问题。 典型的早期产品包括BG307、LM111和LM119，它们在双极工艺中具有μs的延迟时间，没有锁存功能。 1985年，线性技术公司推出了延迟为10 ns的LT1016 TTL比较器。 ADI 的 AD9696、AD8561 和 Maxim 的 MAX903 也达到了相同的性能。

比较器的性能取决于输出数字电平、响应延迟时间、分辨率和功率。 根据输出数字电平，比较器分为TTL/CMOS比较器和ECL/CML比较器。 从速度、分辨率和功耗方面分别有高速比较器、高分辨率比较器和低功耗比较器。 ECL/CML比较器的响应延迟比TTL/CMOS比较器短。 传统的TTL/CMOS比较器的响应延迟为4ns，例如ADI公司的AD 8611/8612。 高速比较器多采用ECL/CML电平输出，如AD96685/AD96687，其响应延迟低于2.5ns。

比较器是模拟IC的基础部件之一，在高速模数转换、高速采样保持、晶振、时钟恢复、过零检测、相位检测、电压监测等方面有着广泛的应用。 未来，比较器将朝着响应延迟更短、灵敏度更高、适应高速数字应用的方向发展。

放大器设计简介

混合信号电路的性能一般由有源元件的特性决定。 芯片内部使用的模拟单元必须驱动明确定义的负载，这些负载通常是纯电容性的，而输出缓冲器可以展示驱动低失真的可变电阻性和电容性负载的能力。 因此，架构和设计方法的选择主要由要实现的功能决定。 此外，同时具有高直流增益和带宽的放大器的实现可能会导致相互冲突的需求。 高增益要求是通过使用低电流电平偏置的长沟道晶体管的多级设计来满足的，而使用高电平电流源偏置的短沟道晶体管的单级结构可以实现高带宽规格。

许多架构可用于放大器的设计。 然而，由于噪声和偏移要求，这些集成电路 (IC) 只能从晶体管特征尺寸和电源电压的减小中略微受益。 高效的解决方案应该能够将低压运行与高功率效率结合起来，并产生简单的结构，即较小的芯片面积。

选择放大器结构时可以考虑各种性能规格。 它们包括直流特性，例如输入共模范围、输出摆幅和失调电压。 此外，还有可以在频域（增益、带宽、相位裕度）和时域（转换速率、稳定时间）中描述的规范。

运算放大器

运算放大器（Op-Amp 或 OP）是一种用于放大微弱信号的电路。 输入信号通常可以是直流耦合、交流耦合、单端输入和差分输入信号。 它输出单端或差分信号。 关键性能对于运算放大器很重要，例如偏移、噪声、低频增益、带宽、功率、输出摆幅、共模抑制比等。

仙童半导体是第一家于1960年开发出硅集成运算放大器的公司，并分别于1965年和1968年推出μA709[9]和μA741。 ADI公司于1975年推出OP07，其失调电压为30μV，温漂为0.3μV/℃，时间漂移为0.3μV/月。 μA741和OP07都是目前应用广泛的典型产品。

20世纪70年代，运放通过在输入级采用结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化半导体场效应晶体管（MOSFET），具有更好的输入阻抗和更低的输入电流信号，可以很好地放大和处理微弱信号。

运放根据用途不同，有多种类别，如通用运放、高速运放（带宽大于50 MHz）、高精度产品（失调电压小于1 mV）、低压/低电压运放等。 低功耗（电源电流低于1mA）。 通用产品的作用是放大信号。 高速器件具有高转换速率和高带宽的特点，在通信设备、视频系统和测试仪器中得到广泛应用。 ADI公司的AD8003是典型产品之一，其带宽为1.65GHz，转换速率为4300V/μs。 低功耗运放具有低工作电压和低静态电流的特点，适用于便携式和可穿戴电子产品。 随着手机和平板电脑市场的蓬勃发展，低功耗运放快速发展。 高精度运放广泛应用于仪器仪表、传感器、医疗设备等测试测量领域。 ICL7650 产品的失调电压仅为 0.7 μV，单位增益带宽为 2 MHz。 到目前为止，运算放大器产品已开发出低噪声、宽带和高转换速率的产品，并采用双极、JFET、CMOS 和其他工艺制造。

仪表放大器（Instrumentation Amplifier）

仪表放大器（IAs）是一种环路增益放大器，具有高输入阻抗（>10^9 Ω）、高共模抑制比（>70 dB）、低噪声（10nVsqrt(Hz) ）、低线性误差（典型值）等特点。 值0.01％和低于0.0001％是可用的），具有灵活增益设置的差分输入，以及单端输出。

仪表放大器（IAs）的原理和应用

IAs 在许多工业和医疗应用中用于测量和放大存在大共模信号的小差分信号。 IA 的重要性在于它可以选择性地放大差模信号并衰减不需要的共模噪声和干扰。 值得注意的是，例如传感器和换能器等器件的差模输出非常低，而共模信号通常具有较大的值。 因此，如果没有 IA，差模信号将仍然隐藏在较大的共模信号之下。 在传统的IA中，输入和输出信号仅限于电压类型。 然而，电流模式信号处理的诞生，为设计电流输入/电流输出IA提供了可能。 这里，IA的一般规格总结如下：

1.高 CMRR：理想情况下，IA 应具有无限的 CMRR。 这表明它能够仅放大差模信号并抑制共模信号。

2.低电压低功耗：现代CMOS技术中允许的电源电压降低以及晶体管的阈值电压相对较大，使得低电压工作成为IA电路的必要条件。 此外，低电压低功耗操作对于延长电池寿命非常重要，尤其是对于便携式应用。

3.高 PSRR：该特性表明 IA 抑制电源轨上的噪声和干扰的能力。

4. 高且可变的差模增益：好的 IA 应提供易于改变的高差模增益。

5.低输入参考噪声和偏移（Offset）：由于要测量的差模信号值非常低，因此 IA 的输入参考噪声和偏移应该非常低。

6.高输入阻抗：为了避免IA对要放大的信号（例如来自传感器的信号）产生负载影响，电压输入IA需要非常高的输入阻抗。 对于电压输入，理想情况下输入阻抗应为无穷大。

7. 低输出阻抗：对于电压输出IA，输出阻抗应该非常低（最好为零），以减少对下一级的负载影响。

图3 显示了受益于 IAs 的应用总结。 正如上面所述，它们出现在广泛的工业和医疗应用中。 IAs 的一个常见工业应用是数据采集。 例如，IA 用于放大连接在惠斯通电桥配置中的压力（电阻）或温度传感器的低电平输出信号。 IAs 医疗应用的一个例子是心电图机 (ECG)。 其他应用示例包括监视和控制电子设备、软件可编程应用、音频应用、高速信号调节、视频应用、电源控制应用。

如图4所示，仪表放大器通常有两个运算放大器A1和A2，用于缓冲和放大信号，以保证高输入阻抗并减少仪表放大器对弱信号的负载有效。 运放A3用于放大后两个运放的两个缓冲信号之间的差异，并抑制两个输入端的共模信号，以获得更好的共模抑制比。 当R1等于R2且R3等于R4时，增益G的计算如式(1)所示。 G ¼ (1 × 2R1/RG)RF/R3，这样可以通过调节RG来调节电路增益。

ADI推出了典型产品AD627、AD620、AD8420、AD8229/8429，TI推出了INA188和INA333。 其中，AD8229/8429 具有 1 nV/Hz p 的超低输入噪声，用于测量微小信号。

它是一种简单易操作的仪表放大器，通过设置增益电阻RG来获得所需的增益。 图5展示了仪表放大器如何处理电桥信号，外围器件数量少，电路调试简单有效。 仪表放大器在传感器的微弱信号放大和精确的电压-电流转换方面有着广泛的应用，例如使用桥信号（电压、温度等）的信号采样设备、工业过程控制设备、心电图监测仪器以及高端音频设备中。

特种放大器（Specialty Amplifier）

特种放大器是一种用于特殊应用的IC，可提供放大的信号。 它由作为核心的运算放大器和专门定制的外围器件组成。 专业放大器具有可变增益放大器 (VGA)、差分驱动放大器 (DDA)、线性隔离放大器和视频放大器 (VA)。 典型产品如表1所示。

在信号处理方面，VGA 的作用是将不固定的输入信号转换为固定的输出信号，从而增强系统信号处理的动态性能。 从控制方式来看，VGA分为模拟VGA和数字VGA，非常适合无线通信、仪器仪表、高性能信号采样、ADC信号调理等。

差分驱动放大器（DDA）是ADC前端的宽带信号缓冲和驱动放大器，可实现阻抗隔离和驱动。 它分为全差分放大器和单端转差分放大器。 差分驱动放大器的作用是分别设置差分和共模输出电压，并灵活配置用于 ADC 信号调节的共模电压。 它在医学成像、工业过程控制和便携式设备等领域有着广泛的应用。

在间接电气连接的情况下，线性隔离放大器可实现信号放大和传输，提高系统安全性和抗干扰能力。 它非常适合医疗电子设备和工业过程控制的安全和安保应用。 到目前为止，先进的iCoupler技术和增强型电容隔离技术已经取代了传统的光耦合器和分流调节器，为线性反馈电源和传感器信号传输等应用提供了隔离解决方案。

视频放大器专为视频信号处理而设计，可增强视频亮度、色彩和同步信号，保证长距离传输的高质量图像信号。 随着视频分辨率的提高，视频放大器往往需要更高的带宽、更低的失真、更高的速度和更低的功耗，以满足高分辨率视频信号处理的要求。

此外，特种放大器还包括跨导/跨阻放大器、电荷积分放大器、限幅放大器、对数放大器、电流检测放大器、线性可变差动变压器、传感器放大器、采样/保持放大器等。 特种放大器在便携式设备、测试测量仪器、医疗系统、特殊信号处理等领域有着广泛的应用。 它通过针对特殊应用的各种新型放大器来实现更高的带宽、更低的失真和更低的功率。