【導讀】隨著工業(yè)自動化、汽車電氣化、數(shù)據(jù)中心設備持續(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準愈發(fā)嚴苛。高壓信號經分壓、放大、轉換的模擬信號鏈傳輸過程中，極易產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)模化應用。針對這一行業(yè)痛點，TI依托多年技術積累，打造零漂移與e?Trim?兩大校正架構精密放大器，結合成熟的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。
在消費類產品與工廠系統(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)中心機架和一輛由 400V 電池驅動的電動拖拉機，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。這一調理過程會經過精密放大器和轉換器（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。
設計階段會出現(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，可以避免在生產測試期間進行校準所帶來的額外成本和復雜性。
將最高精度的放大器置于設計前端，能夠限制因放大而導致的誤差倍增，從而減少輸出端的總誤差預算，并降低對下游校正或生產校準的需求。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行調理，供模數(shù)轉換器和由 5V 電源軌供電的 MCU 解讀。
圖 2 數(shù)據(jù)中心機架中使用的 48V 信號衰減電路
零漂移與 e-Trim? 架構
TI 的精密放大器采用兩種校正架構來應對上述挑戰(zhàn)，這兩種架構分別適用于不同的成本敏感型應用需求。TI 設計這兩種架構的目的，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，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格的應用。
TI 的 e-Trim 放大器則在制造過程中采用專有的微調工藝，以生產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行主動校正電路。這一組合使其非常適合同時關注直流和交流信號完整性的應用，包括傳感器接口、音頻測量和多級信號調理。
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，已針對工業(yè)、汽車和醫(yī)療應用提供了數(shù)十億顆精密放大器。我們的放大器產品系列在此基礎上更進一步，將增強型精密互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 工藝與我們的 300mm 晶圓制造設施相結合，助力降低成本、縮小封裝尺寸，同時實現(xiàn)產品可靠性和供應保障。
結語
精密模擬性能早已實現(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，設計人員可以自由地在設計需要之處應用精密技術，而不僅限于預算允許的范圍。隨著工業(yè)、汽車和基礎設施應用的工作電壓不斷攀升，精度要求也日趨嚴格，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。
