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毕业设计（论文）文献综述（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）浙江大学城市学院毕业论文文献综述放大器的发展和展望1.国内外研究现状在90年代初期国内生产的运算放大器，基本上是741为代表的双极型运放，而Bi-JPET、Bi-MOS、Bi-CMO及LinCMOS型运放基本处于试制阶段。性能也较差，多数品种没有生产出批量性的产品投放市场，有的甚至还没有开展工作。就连国内生产的部分双极型运放-也未完全解决温漂，时漂和可靠性等方面的问题。部分低功耗宽带运放也来完解决振荡问题。造成依靠国外进口或买国外的芯片进行封装的局面，甚至741也大量进口。致使国内生产的部分运放停在国外六十年代末或七十年代初的术平。究其原因，有设计、工艺上的问题也有封装上的问题[19]。但是随着改革开放的推进近年来国内也有进行先进放大器技术的研究，如中科院就曾研发了一款0.18微米CMOS工艺的超宽带低噪声放大器，这是国内首个采用018微米工艺的UWB放大器，在全球也是领先的。现在国外放大器的研究现状是使用更高的工艺制造出可靠性更强成本更低的产品；让放大器朝着更高的带宽，更低的功耗的方向发展，例如富士通采用45nm工艺开发出适用于功率放大器的CMOS逻辑高压晶体管[20]。由于现代社会是一个信息化的社会，所以在无线通信领域的应用中，国内外都进行了大量的研究。近年来，随着全球电信自由化潮流及技术日益成熟，无线通信产业趋于活跃而使产品类别更多元化，其应用层面包括家用无线电话，无线局域网，个人无线电话，及热门的蓝牙等。整个无线通信系统中射频功率放大器是十分关键的组建。他的输出功率决定了通信的距离，使用效率决定了电池的消耗。因此功率放大器将是业界研发的重点[21]。运算放大器历经数十年的发展,从早期的真空管演变为现在的集成电路,根据不同的应用需求主要分化出通用型、低电压/低功耗型、高速型、高精度型四大类运放产品。一般而言,高速运放主要用于通信设备、视频系统以及测试与测量仪表等产品;低电压/低功耗运放主要面向手机、PDA等以电池供电的便携式电子产品;高精度运放主要针对测试测量仪表、汽车电子以及工业控制系统等。通用运算放大器应用最广,几乎任何需要添加简单信号增益或信号调理功能的电子系统都可采用通用运放。信息家电、手机、PDA、网络等新兴应用的兴起,为运算放大器提供了活跃的舞台,同时也对其提出新的技术要求[22]。浙江大学城市学院毕业论文文献综述通信和视频应用使高速运放成为焦点：高速运放泛指频宽高于50MHz的运放,而现在为了与信号链后端组件(例如高速ADC或处理器)的需求相匹配,运放的频宽记录已突破GHz。这主要源于后端组件的效能近年来显著提升,因而位居信号链前端的运放为了与后端组件相匹配,以避免拖累信号链的整体效能表现,于是开始向高速化发展,未来高速运放可能跃升为主流运放产品。总体而言,高速运放主要应用在xDSL调制解调器、机顶盒以及视频系统中,或是担任高速ADC的前级信号调整角色。这类运放对于信噪比和失真度的要求最为严格,因此半导体厂商在设计这种运放时,普遍采用差动输出的形式。通用运放在传统应用领域仍有发展空间：虽然随着应用需求不断变更,运放供货商必须顺应市场变化推出相应的新产品。然而因为运放在业界已被广泛采用数十年之久,有些应用产品的生命周期也长达十多年,因此很多传统产品仍有其一定的市场需求,例如在汽车与工业自动化领域,就有很多设备还是需要用到传统的通用运放。通用运放对工程师而言,可以说是最常用的半导体组件之一。通过外部电阻的不同配置,一颗运放可以对输入信号进行各种微调后再输出,以符合信号链后端的ADC、电源管理芯片等组件的输入信号要求。正因为其简单易用的特性,再加上极为经济实惠的价格,因而使得这类放大器始终在出货量上稳居运放市场的主流地位。然而,为顺应PCB板尺寸不断缩水,以及制造工艺发展所造成的输入电压下降的趋势,通用型运放也必须革新应变。例如凌特推出的LT1990/1/2/5/6放大器,就集成了精度匹配电阻,不同型号按照高精度、高速度或高电压应用进行优化,可用作反相、非反相或差分放大器连接。综上所述,未来高速运放有望取代通用运放成为主流产品,但从整体看,各类运放的市场规模都将呈现增长态势。便携式音频/视频播放器、无线通信、医疗成像、工业和仪器仪表等应用领域都将为下一代运放创造新的机会[23]。制造工艺与封装技术进步提升运放性能：新应用对运放提出诸如高速、低功耗、高集成度等新的技术要求。为此,设计人员不断探索新的设计方法,但只从设计着手不足以实现具有竞争力的产品,只有配合适当的制造工艺和封装技术才能将不断优化产品性能,适应新的应用需求。目前运放产品主要采用CMOS、双极、BiCMOS等工艺制造。许多运算放大器系列都提供单通道、双通道和四通道三种封装形式,从而为设计提供了最大的灵活性。各种新型封装的电路板占位面积正在日益缩小。单通道运算放大器可采用SOT23封装以及结构相似但外形更加小巧的SC70封装,双通道器件有SOT23-8封装,采用WCSP芯片级封装的运算放大器的占位面积更小。此外,领先半导体厂商还在不断研发新的工艺和封装技术以进一步提升运放产品的性能。设计人员一直在寻求更好的性能,对于电池驱动系统,这通常表现在低功耗方面;而在工业、医疗和感测应用领域,精度和噪声性能又成为关键指标,在某些情况下这就驱使采用更小的浙江大学城市学院毕业论文文献综述几何工艺。对于蜂窝电话和便携式多媒体应用,要求放大器具有小巧的物理尺寸;兼容低电压;待机状态下具有最低的功耗;抑制电源噪声,尤其对蜂窝电话而言;具有高效率,能提高电池使用寿命。这些特性上的要求需要采用先进的亚微米CMOS或BiCMOS工艺技术(0.5μmto0.18μm)以及先进的封装技术,例如倒装芯片。由此可见，由于移动通信、数字电视、光纤传输等通信科技的飞速发展与技术的更新换代使得放大器在当今的科技领域中扮演的角色越来越重要，同时放大器本身的工艺水平的提高，成本与功耗的下降也推动着通信技术乃至人类的整体的科技水平不断地迈上新的台阶。2．研究方向从第一颗运算放大器IC问世到现在，运算放大器技术已经在半导体制造工艺和电路设计两方面取得了巨大进展。在大约40年的发展过程中，IC制造商们利用上述先进技术设计出了近乎“完美”的放大器。虽然什么是理想放大器很难有一个精确定义，但它却为模拟设计工程师提供了一个目标。理想放大器应该无噪声、具有无穷大增益、无穷大输入阻抗、零偏置电流以及零失调电压，它还应该不受封装尺寸限制，不占用空间。上述这些，都是许多教科书为了得到简单的传递函数而做出的种种假设。未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长;其二,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器;其三,由于性能和价格压力持续上扬,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。测试和测量、通信、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力;DSL和消费类视频应用是最大的市场,而且未来将继续此趋势。其中,DSL运放的增长点主要在于线路驱动器。而整合了滤波、多路技术以及DC恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。从应用的角度讲,不同的系统对运放有不同要求,选择合适的运放对于系统设计至关重要。对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用,交流特性极为重要。但对于低速的高精度系统,直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等;而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等。便携式应用催生低电压/低功耗运算放大器：随着手机、PMP等依赖电池供电的便携式产品出现,强调低功耗、低电压的运放应运而生。一般定义下的低电压运放,指工作电压低于2.5伏特,而所谓的低功耗运放,通常指供电电流低于1mA。这类运放大多用在音频系统或是电压比浙江大学城市学院毕业论文文献综述较电路、滤波器等不需要太高频宽的应用。此外,在测试、测量和医疗系统,工程师也希望在低功耗水平下获得改进的性能(例如,更高的带宽、更快的转换率和更低的失真度),所以在这些领域低功耗运放也有创新机会。精密运算放大器：精密放大器最初设计用于测试和测量设备,随着汽车和生产线上的性能监视子系统的需要,具有低输入偏移电压和偏移电流以及低温度系数和噪声特征的精密放大器开始用于传感器监视。汽车OEM对性价比的要求甚于对使用的精度放大器的要求。这意味着芯片制造商不得不寻找出路,以使用仅仅±5V或者甚至±3V达到它们使用±15V才能得到的精度。这促进了许多架构和微调技术方面的创新,在一定程度上,也促进了裸片上为了处理滤波或者校准、自动置零和数字微调的有关附加电路的集成。CMOS工艺线宽的不断缩小让芯片上可以增加额外电源。CT、MRI(核磁共振)和超声波机等医疗系统中的通道计数急剧增加让放大器必须跟上ADC的发展。就工艺而言,0.25μm芯片规格似乎是最佳点。高精度运放一般指失调电压低于1mv的运放。与低电压/低功耗运放不同,这类产品由于对信号精准度的要求极高,如果将这类运放整合到后端芯片中形成SoC,其他电路的噪声将严重干扰此类运放的正常运作,因此就现阶段的技术来看,这类运放将是最不容易被整合的组件[24]。高精度运放可用于工业自动化、医疗器材、量测仪器、汽车电子、甚至军事国防等不同领域。3．进展情况随着科学技术的进步，放大器在制作工艺上有着显著的突破。因为使用新的工艺可以制造出可靠性更强成本更低的产品，富士通实验室和富士通株式会社联合开发出一款具有高击穿电压并基于逻辑制程的CMOS高压晶体管，该晶体管适用于无线设备的功率放大器。作为先进科技的先驱，富士通开发完成了世界上第一代基于45纳米工艺的CMOS晶体管，能够处理10V功率输出，这使得晶体管能够处理用于WiMAX和其它高频应用的功率放大器的高输出要求。这一新技术能够将功能放大器和CMOS逻辑控制电路在同一块芯片上集成，可实现单芯片的工作模式，从而使生产出高性能和低功耗的功能放大器成为可行。富士通通过使用45nm工艺技术把新型晶体管技术应用到3.3VI/O的标准晶体管上，从而开发出了世界上首个能把击穿电压从6V提高到10V的晶体管。新型晶体管在基本的可靠性测试上也取得了良好的测试结果。富士通新型开发的高压晶体管为带高击穿电压的CMOS逻辑晶体管在功率放大器中的使用铺平了道路。利用制造技术和制作工艺的进一步发展，各国科学工作者将持续在单一芯片上集放大器浙江大学城市学院毕业论文文献综述和控制电路方面做出努力，以实现成本更低和性能更高的放大器模块。4．存在问题降低噪声与提高集成度是未来运放发展的瓶颈。众所周知,噪声对运放是非常关键的指标。降低噪声与提高集成度是未来运放发展的瓶颈：众所周知,噪声对运放是非常关键的指标[25]。处理小信号,必须特别注意线路产生的噪声。这些噪声可能源自欧姆律电阻、电子管和晶体管等。在大多数应用中,运放的前面都会有感测组件,其后端则有ADC与处理器,这些组件共同构成一个典型的信号传输路径。由于运放周边配置的外部组件会带来噪声,如果运放本身的噪声也很大,那么对ADC而言,噪声将会淹没有效信号,这样以来,不管ADC的分辨率与频宽有多少,它输出给处理器的就只有噪声,这极大地影响了系统的正常运作[26]。所以不管是通用型、低电压/低功耗、还是高精度或高速运放,都需要把组件本身的噪声抑制到最低程度，才能有效实现信号路径的整体匹配,达到最佳的应用效果[27]。此外,为满足日益丰富的应用需求,放大器不再只是单一的产品,而是与其他器件集成在一起以提升性能与产品价值。例如在视频放大器中整合滤波、多路技术以及DC恢复等功能。因此我认为，放大器当今最需要做到的就是改进生产工艺以降低它的噪声与功耗，提高集成度，减小体积，减少成本，满足现在的电子产品对高速、高精度、低功耗、量产化的要求。