rail to rail операционные усилители что это

Тема: Что значит rail_to_rail у ОУ?

Опции темы

Скажите, что значит rail-to-rail обозначение у ОУ, в чём различия с без него?

Ещё по микросхеме AD8397, что обозначает REEL?

AD8397ARDZ
AD8397ARDZ-REEL
AD8397ARDZ-REEL7

Буквально «на катушке», в ленте для pick and place машины.

Rail-to-Rail означает, что для этого ОУ входные и/или выходные сигналы могут достигать по величине напряжений питания. Под Rail (рельса) подразумевается шина питания.
Обычные ОУ таким свойством не обладают. Например у большинства ОУ при питании +/-15V выходное напряжение может быть где-то до +/-12V, остальное теряется на выходном каскаде.

Нужно добавить, что у Rail-to-Rail ОУ выходной каскад построен по схеме с общим эмиттером, и без ООС ОУ имеет большое выходное сопротивление.
А в «обычных» ОУ на выходе обычные повторители.

Всё так.
Обратил особое внимание на выходной каскад, но и входные бывают другими.
По ВК надо иметь в виду, что выходное сопротивление R-to-R полностью зависит от глубины ООС, а последняя разумеется частотно-зависима.

Доброго.
Для постфильтра, по типу Lynx D68, какой ОУ можно применить вместо ора1652? Под 3,3В питание.

dyno, это хорошие ОУ, нет причин искать другие.

Я понимаю, но их не найти в Беларуси, да и в барахолках нет.

Источник

Когда использовать усилитель с rail-to-rail входами и на что обращать внимание

Texas Instruments THS4281 OPA836 OPA2836

Xiyao Zhang, Texas Instruments

В начале своей магистратуры я работала над проектом, в котором для схемы мониторинга в нашей системе нанесения тонких пленок требовался буфер с единичным усилением на операционном усилителе (ОУ). После включения нового устройства я обнаружила, что все сигналы с уровнями, близкими к напряжению положительного источника питания, были обрезаны. Мой товарищ по лаборатории сказал: «О, ты же должна была использовать операционный усилитель rail-to-rail». Так я впервые узнала, что для предотвращения выхода входных сигналов за допустимые пределы мне нужен специальный тип ОУ.

В последние годы все больше ОУ (особенно в категории высокоточных низкоскоростных) имеют диапазон входных синфазных сигналов, включающий оба напряжения питания. Это, конечно, хорошая новость для начинающих разработчиков, таких, как я во времена магистратуры. Во многих случаях гибкость rail-to-rail входов и выходов (RRIO) усилителя позволяет использовать его в нескольких местах одной системы, благодаря чему появляется возможность сократить номенклатуру используемых компонентов. Но даже в тех случаях, когда минимизация перечня компонентов не столь критична, гибкость rail-to-rail входов усилителя все равно дает много преимуществ.

Буфер с единичным усилением в низковольтных системах с однополярным питанием

Одно из приложений, где можно реализовать эти преимущества – буфер с единичным усилением в низковольтной системе с однополярным питанием. Портативные системы с питанием от батарей повсеместно используются в целом ряде областей, например, в персональной электронике, сборщиках энергии и контрольно-измерительном оборудовании. В большинстве случаев эти системы работают от напряжения 3 В, или даже ниже, что сужает диапазон входных синфазных сигналов (input common-mode range – ICMR).

Для иллюстрации этой проблемы входного диапазона используем как пример семейство OPAx836 (OPA836/OPA2836). OPAx836 – это популярная серия ОУ, не имеющих rail-to-rail входа, но во всем остальном идеальных для портативной аппаратуры. Исключительно энергоэффективные ОУ OPA836 и OPA2836 имеют полосу пропускания 205 МГц и приведенное к входу напряжение шумов 4.6 нВ/√Гц, при этом потребляемый ими ток составляет всего 1 мА на канал. Кроме того, они доступны в миниатюрных корпусах. Такие преимущества позволяют использовать эти ОУ в портативных устройствах, где технические характеристики не должны приноситься в жертву строгим требованиям к потребляемой мощности и габаритам. OPAx836 также имеют rail-to-rail выход (RRO), что позволяет максимально расширить диапазон выходных напряжений для работы при низком напряжении питания. Однако входные синфазные сигналы OPAx836 ограничены диапазоном от (V_S– – 0.2 В) до (V_S+ – 1.1 В). «Недостающие» 1.1 В не создают проблем, если включение ОУ предусматривает некоторое усиление, скажем, больше 1.5 В/В, – в таком случае входному сигналу нет необходимости занимать весь диапазон питания. Но в буфере с единичным усилением и напряжением питания 3.3 В или меньше эти 1.1 В могут оказаться критичными для портативных систем, где динамический диапазон должен быть максимально широким.

Контроль положительной шины в портативных устройствах с батарейным питанием

Другое применение усилителей с rail-to-rail входом – мониторинг положительной шины в портативных устройствах с батарейным питанием. Для таких целей можно использовать выпускаемый Texas Instruments быстродействующий ОУ THS4281. Он имеет rail-to-rail вход при полосе пропускания 90 МГц и токе потребления всего 0.75 мА, что позволяет разработчикам строить быстрые и гибкие системы с малой потребляемой мощностью. На Рисунке 1 показана типовая схема измерения тока положительной шины питания с использованием THS4281. Вход rail-to-rail здесь очень удобен, поскольку входное синфазное напряжение схемы на Рисунке 1 обычно отстоит от напряжения положительной шины питания не более чем на 1 В, что исключает использования большинства усилителей без rail-to-rail входов, включая OPA836.

Рисунок 1.	Типовая схема измерения тока положительной шины питания с использованием THS4281.

Хотя усилители с rail-to-rail входами исключительно гибки и удобны, существует проблема, требующая пристального внимания. В большинстве усилителей с rail-to-rail входом используется топология входного каскада, аналогичная показанной на Рисунке 2. В этой схеме основной каскад на p-n-p биполярных или p-канальных МОП транзисторах, усиливающий сигналы в диапазоне от уровня, чуть меньшего напряжения отрицательной шины питания, до уровня, не доходящего примерно на 1.5 В до напряжения положительной шины, объединен с «вспомогательным» n-p-n/n-МОП каскадом, включающимся на последнем участке диапазона входных синфазных сигналов – в интервале между напряжением положительной шины питания и напряжением, меньшим на 1.5 В. Вследствие этого обычно существует переходная область, в которой происходит «переключение» между основным и вспомогательным каскадами.

Рисунок 2.	Во входных каскадах усилителей с rail-to-rail входами используются либо биполярные транзисторы (слева), либо MOSFET (справа).

Чтобы определить эту область, посмотрим на зависимость напряжения смещения (V_OS) от величины входного синфазного сигнала (V_ICR), пример которой для THS4281 показан на Рисунке 3. Как видим, когда V_INCM проходит диапазон напряжений между (V_S+ – 1.4 В) и (V_S+ – 1 В), V_OS «прыгает» вниз, обозначая область, где происходит переключение. Иногда в прецизионных приложениях, где измерения с единичным усилением должны иметь точность порядка 1 мВ, такой скачок V_OS нежелателен.

Рисунок 3.	Зависимость входного синфазного напряжения (VICR) от напряжения смещения (VOS) для микросхемы THS4281.

В распоряжении разработчиков интегральных схем имеются различные технологии уменьшения этой ошибки переключения, но если в микросхему не добавлен встроенный зарядовый насос, ошибка переключения будет существовать всегда. В большинстве случаев неприятности, доставляемые этой областью переключения, преодолимы. Например, в схеме на Рисунке 1, до тех пор, пока напряжение батареи V_BAT остается ниже 12 В, входной синфазный сигнал должен оставаться выше области переключения. Точно так же в схеме инвертирующего или трансимпедансного усилителя до тех пор, пока вы помните про область переключения, вы можете устанавливать любое значение входного синфазного напряжения в пределах диапазона питания. Кроме того, поскольку входные напряжения в этих схемах на ОУ не изменяются, последствия переключения гораздо менее заметны.

Заключение

Использование усилителя с rail-to-rail входами может дать много преимуществ, таких, например, как максимальное расширение динамического диапазона сигнальной цепи или сокращение списка необходимых компонентов. Есть некоторые вещи, о которых не следует забывать, например, о разрыве графика V_OS во время переключения входных каскадов. Впрочем, как я уже говорила, это не препятствие, а скорее неудобство.

Материалы по теме

Перевод: Дмитрий Иоффе по заказу РадиоЛоцман

Источник

Операционный усилитель

Что такое операционный усилитель

Операционный усилитель (ОУ) англ. Operational Amplifier (OpAmp), в народе – операционник, является усилителем постоянного тока (УПТ) с очень большим коэффициентом усиления. Словосочетание «усилитель постоянного тока» не означает, что операционный усилитель может усиливать только постоянный ток. Имеется ввиду, начиная с частоты в ноль Герц, а это и есть постоянный ток.

Термин «операционный» укрепился давно, так как первые образцы ОУ использовались для различных математических операций типа интегрирования, дифференцирования, суммирования и тд. Коэффициент усиления ОУ зависит от его типа, назначения, структуры и может превышать 1 млн!

Обозначение на схеме операционного усилителя

На схемах операционный усилитель обозначается вот так:

Чаще всего ОУ на схемах обозначаются без выводов питания

Итак, далее по классике, слева два входа, а справа – выход.

Вход со знаком «плюс» называют НЕинвертирующий, а вход со знаком «минус» инвертирующий. Не путайте эти два знака с полярностью питания! Они НЕ говорят о том, что надо в обязательном порядке подавать на инвертирующий вход сигнал с отрицательной полярностью, а на НЕинвертирующий сигнал с положительной полярностью, и далее вы поймете почему.

Питание операционных усилителей

Давайте представим себе батарейку

Думаю, все вы в курсе, что у батарейки есть «плюс» и есть «минус». В этом случае «минус» батарейки принимают за ноль, и уже относительно нуля считают напряжение батарейки. В нашем случае напряжение батарейки равняется 1,5 Вольт.

А давайте возьмем еще одну такую батарейку и соединим их последовательно:

Итак, общее напряжение у нас будет 3 Вольта, если брать за ноль минус первой батарейки.

А что если взять на ноль минус второй батарейки и относительно него уже замерять все напряжения?

Вот здесь мы как раз и получили двухполярное питание.

Идеальная и реальная модель операционного усилителя

Для того, чтобы понять суть работы ОУ, рассмотрим его идеальную и реальную модели.

1) Входное сопротивление идеального ОУ бесконечно большое.

В реальных ОУ значение входного сопротивления зависит от назначения ОУ (универсальный, видео, прецизионный и т.п.) типа используемых транзисторов и схемотехники входного каскада и может составлять от сотен Ом и до десятков МОм. Типовое значение для ОУ общего применения — несколько МОм.

2) Второе правило вытекает из первого правила. Так как входное сопротивление идеального ОУ бесконечно большое, то входной ток будет равняться нулю.

На самом же деле это допущение вполне справедливо для ОУ с полевыми транзисторами на входе, у которых входные токи могут быть меньше пикоампер. Но есть также ОУ с биполярными транзисторами на входе. Здесь уже входной ток может быть десятки микроампер.

3) Выходное сопротивление идеального ОУ равняется нулю.

Это значит, что напряжение на выходе ОУ не будет изменяться при изменении тока нагрузки. В реальных ОУ общего применения выходное сопротивление составляет десятки Ом (обычно 50 Ом).
Кроме того, выходное сопротивление зависит от частоты сигнала.

4) Коэффициент усиления в идеальном ОУ бесконечно большой. В реальности он ограничен внутренней схемотехникой ОУ, а выходное напряжение ограничено напряжением питания.

5) Так как коэффициент усиления бесконечно большой, следовательно, разность напряжений между входами идеального ОУ равняется нулю. Иначе если даже потенциал одного входа будет больше или меньше хотя бы на заряд одного электрона, то на выходе будет бесконечно большой потенциал.

6) Коэффициент усиления в идеальном ОУ не зависит от частоты сигнала и постоянен на всех частотах. В реальных ОУ это условие выполняется только для низких частот до какой-либо частоты среза, которая у каждого ОУ индивидуальна. Обычно за частоту среза принимают падение усиления на 3 дБ или до уровня 0,7 от усиления на нулевой частоте (постоянный ток).

Схема простейшего ОУ на транзисторах выглядит примерно вот так:

Принцип работы операционного усилителя

Давайте рассмотрим, как работает ОУ

Давайте рассмотрим этот принцип в симуляторе Proteus. Для этого выберем самый простой и распространенный операционный усилитель LM358 (аналоги 1040УД1, 1053УД2, 1401УД5) и соберем примитивную схему, показывающую принцип работы

Подадим на НЕинвертирующий вход 2 Вольта, а на инвертирующий вход 1 Вольт. Так как на НЕинвертирующем входе потенциал больше, то следовательно, на выходе мы должны получить +Uпит. Мы получили 13,5 Вольт, что близко к этому значению

Но почему не 15 Вольт? Виновата во всем сама внутренняя схемотехника ОУ. Максимальное значение ОУ не всегда может равняться положительному либо отрицательному напряжению питания. Оно может отклоняться от 0,5 и до 1,5 Вольт в зависимости от типа ОУ.

Давайте теперь на инвертирующий вход подадим потенциал больше, чем на НЕинвертирущий. На инвертирующий подаем 2 Вольта, а на НЕинвертирующий подаем 1 Вольт:

Чтобы не качать лишний раз программный комплекс Proteus, можно в онлайне с помощью программы Falstad сэмулировать работу идеального ОУ. Для этого выбираем вкладку Circuits—Op-Amps—>OpAmp. В результате на вашем экране появится вот такая схемка:

На правой панели управления увидите бегунки для добавления напряжения на входы ОУ и уже можете визуально увидеть, что получится на выходе ОУ при изменении напряжения на входах.

Что будет на выходе ОУ, если на обоих входах будет ноль вольт?

Итак, мы рассмотрели случай, когда напряжение на входах может различаться. Но что будет, если они будут равны? Что нам покажет Proteus в этом случае? Хм, показал +Uпит.

А что покажет Falstad? Ноль Вольт.

Давайте подадим синусоидальный сигнал амплитудой в 1 Вольт и частотой в 1 килоГерц на НЕинвертирующий вход, а инвертирующий посадим на землю, то есть на ноль.

Смотрим, что имеем на виртуальном осциллографе:

Скорость нарастания выходного напряжения

Также обратите внимание на то, что напряжение на выходе ОУ не может резко менять свое значение. Поэтому, в ОУ есть такой параметр, как скорость нарастания выходного напряжения V_{Uвых .}

Этот параметр показывает насколько быстро может измениться выходное напряжение ОУ при работе в импульсных схемах. Измеряется в Вольт/сек. Ну и как вы поняли, чем больше значение этого параметра, тем лучше ведет себя ОУ в импульсных схемах. Для LM358 этот параметр равен 0,6 В/мкс.

Также смотрите видео «Что такое операционный усилитель (ОУ) и как он работает»

Источник

OPA Amplifier style

Статья состоит из 2 блоков:
1. Выбор rail-to-rail input output (RRIO) операционного усилителя для широкого применения.
И для гиков:
2. Создание своего усилителя. Пример.

Цель 1. Первый блок

Выбор правильного rail-to-rail input output (RRIO) и недорогого операционного усилителя для широкого применения из готовых устройств.

При создании мощного усилителя для трансивера, а также усилителя для сабвуферов серии SubAMP, встал вопрос измерения напряжения впритирку полок питания. А именно, к примеру, нам нужно измерять ток на малосигнальном датчике шунта на высоком плюсовом потенциале источника питания, т.е. сделать High Side Current Sense. А именно на самом плюсе, причем питание операционных усилителей не должно его превышать.

Есть уже готовые датчики тока, но мы извратники, хотим дешево и оригинально.
С измерениями у земли все понятно- существует куча особо операционистых усилителей, предназначенных для этого, типа lm124 (lm324), 2904, компараторов 199, 139, 311 и им подобных с p- канальной дифференциальной парой на входе. Старые аудиооперационики типа tl07x и 08x, jrc4558,ne5532 имеют ту же входную p-пару для предпочтительной работы около земли/минуса питания операционного усилителя.

Как сделана rail-to-rail структура? OPA inside

N-канальная пара внутри большинства ОУ работает в диапазоне от чуть выше минимума до чуть выше максимума питания (но не всегда), а p-канальная от чуть ниже максимума до чуть ниже минимума. В итоге, обьединяя их токово, имеем полное перекрытие по входу не только всей шины питания операционного усилителя, но и на примерно 0,2-0,5V за его пределы в обе стороны, до срабатывания защитных ограничителей по лапкам микрушек.
Найти n-канальные по входу операционные усилители с наскока не удалось. Пошерстив еще, удалось отрыть при беглом осмотре древнючие AD826 и LM360/361, да к тому же они не rail по входу. В общем, разочаровались. А это как всегда у нас приводит к созданию чего-то своего (см. цель 2).
Зато натолкнулись сразу на райл ту райл оперы. Но мы маньяки-извращенцы, нам и этого мало. Многие просмотренные усилители rail to rail структуры имели много изьянов. Если посмотреть даже на официальные графики в даташитах, то все становится еще хуже. У многих при большом сигнале закладывает уши заворачивает фронт щелчком после выхода с полок питания, на так называемом восстановлении. Эта бяка у очень многих даже дорогих оперов встречается, а хочется чего-нибудь линейного и правильного. И у некоторых даже фронты прямоугольника передаются ломаной линией. Это вообще никуда не годится.
Также не все приятно с нагрузочной способностью и входными токами/дрейфами. По-настоящему rail-to-rail структуру можно встретить редко. Даже из дорогих оперов фирмы AD почти все не понравились, то одно у них, то другое, и цена большая.
Пришлось посидеть-повыбирать, какие из RRIO OPA имеют терпимые параметры для широкого и качественного применения. Как ни странно, нормальных оказалось мало. Причем выбирались они исключительно по даташитам, и даже там глюков полно. Не говоря уж о реальной работе, в ней все казусы проявляются в полную силу.

Итог цели 1. Выбор готового RRIO операционного усилителя для повседневных нужд.

Ниже приводится список качественных операционных усилителей с комментариями, достойные, на наш взгляд, внимания для rail-to-rail применений, и он будет дополняться по ходу наталкивания на них.

Здесь составляется список истинных rail-to-rail input output (RRIO) и beyond-the-rail операционных усилителей широкого применения с кратким описанием их достоинств и недостатков, чтобы можно было выбрать лучший или быстро прикинуть нужное, а потом детально изучить его в даташите.

LMV931,932 1.8-5V, все хорошо, но питание низкое
LMV981,982 1.8-5V, корежит форму, питание низкое
NCS7101, 1.8-10V, аналогичный LMV931, питание лучше
NCS2001,2002 0.9-5V, аналогичный LMV931
MC33201/2/4 0.9-12V, аналогичный LMV931, питание лучше, Input Offset Voltage большой, ок. 10мВ
LM7301- 1.8. 32V, кривоват прямоугольник, single only
ADA4092 3-30V, засечки на прямоугольниках
MC33201 1.8. 12V, кривоват прямоугольник
AD8614/8644 5-18V, unprotected 70mA out

Преамбула к цели 2.

Красота спасет микросхемы

При анализе огромной кучи даташитов заметили интересный момент- чем симметричнее и красивее на вид схематическая структура операционного усилителя, тем все его параметры правильнее, предсказуемее и аналогично красивее. А также параметры у разных краев питания, ограничений и нагрузок получаются симметричными и красивыми, понятными по графикам и поведению.
Вот например, когда смотришь на это

Что в голове сразу представляется? Правильно, глаза б мои его не видели, да еще на трезвую голову. Это кусок одного широко известного опера.
А на это уже приятно посмотреть, и параметры достаточно хорошие. Это AD8614_8644.

Цель 2. Второй блок. Создание своего операционного усилителя мечты с нужными параметрами.

Проектирование своего rail to rail IO усилителя.

Вот не удержался и решил сделать операционный усилитель мечты, да еще не просто rail to rail, а fully differential rail to rail operational amplifier FD RRIO OPA с полностью дифференциальным райл ту райл входом и выходом, такой высококачественный операционный усилитель широкого применения по всем правилам микросхемного проектирования.

Полностью дифференциальные усилители. Fully differential OPA

Такие усилители можно использовать и как обычные одновыходовые OPA (ОУ), не заюзав 1 из выходов, и как нормальные дифф. усилители для почти всех современных трактов аналоговой техники. Полностью дифференциальная структура сейчас все чаще нужна даже в обычной обработке сигналов, не говоря уже про АЦП и ЦАП, которые почти все имеют полноценную дифф. структуру. Этот тип передачи сигналов позволяет частично устранить помехи в шинах и оптимизировать токопередачу и токотеки. В конце концов USB, SATA, PCIE, а также вся оперативная память, которую видел, и скоростные шины в компьютерах и серверах, имеют дифференциальную структуру. Ну или двухфазную, на звук и свет товарищей нет. Дифференциальное улучшение касается всех электрических систем, аналоговых и цифровых. Ведь кроме токов и напряжений там ничего нет.

Собираем по кусочкам. Опора

Как в хорошей цифровой технике крайне важно наличие качественной тактовой (временнОй) опоры, так здесь в аналоговой технике важно наличие неуплывающих от разных воздействий источников стабильного тока и/или напряжения. Хотя бы чего-то одного. Другое можно сделать с помощью этого.
Сначала создал стабильный температурно-скомпенсированный источник стабильного напряжения- BandGap в обиходе, так называемый источник напряжения с диапазонным зазором, то бишь стабилизатор 1v с копейками напряжения с компенсацией в некотором температурном участке одного уплывания приплыванием другим.
Тут ничего сложного нет, достаточно переделать его из известных решений и допилить под наши нужды. Схемы валяются в shared инете.
Весь усилитель питается от него через токовые мультитрансляторы и зеркала. Его стабильности и шумы определяют работу и по большей части температурные стабильности всего усилителя в целом.
Естественно, эта версия BandGap исследована в широком температурном & разбросном диапазоне и показала хорошую стабильность. На него теперь можно по-настоящему опереться.

Получилась вот такая схема. Как говорится, на лицо ужасная, но добрая внутри. Но в ней сложно упростить.

Она содержит некоторую кучу токовых трансляторов для размножения и питания увеселителя и собственно элемент BandGap (выделен пунктиром).

Токовые мультипликаторы и повторители в ассортименте.

Может быть, в следующих статьях расскажу, что и как работает в этих усилителях, и для чего нужны какие элементы.

Inputs for fully differential rail-to-rail amplifier

Затем просчитал структуру входного полностью дифференциального каскада с минимизацией шумов и rail to rail входом, и с полностью симметричной структурой.
Для минимизации шумов использованы крупные транзисторы и большие длины каналов. Большая длина канала полевого транзистора хоть и уменьшает его усиление (крутизну для корректности), но зато уменьшает градиент потенциала по длине транзистора, что также уменьшает вероятность возникновения грязевых шумов типа pop corn и просто облегчает работу транзистора.

Это подобно матрице в фотоаппарате, где большие крупные пикселы при не большом разрешении кропнутой матрицы, скажем, 3Mpix, дает качество изображения лучше, чем мелкие шумные пылинки в любой 7-14 Mpix камере. Не видел такую, которая не сильно шумит при малых размерах матрицы, и при диком разрешении в ней.
А при крупных пикселах в топовых проф. матриц, да и не очень, изображение приобретает попиксельную детализацию. Чего не скажешь о современном многомегапиксельном мыле. До сих пор не понимаю, зачем фотик 14Mpix, если на итоговом фото все все равно размыто. Прихожу к выводу, что правильной является не величина разрешения снимка (это всего лишь количество, которое можно нарастить), а величина самого пиксела, его размеры. А пиксель в современных фотоаппаратах- это по сути транзистор, точнее- фототранзистор, но это сути не меняет. Поехали дальше.

2nd stage amp, csda/vcda-type schematics. Балансный токовый предусилитель

Затем прикинул и реализовал структуру предоконечного каскада с балансом токов и оконечного полностью дифференциального каскада. Единичная полоса частот получилась в районе 50 мегагерц, и причем легко, даже на крупных 180nm транзисторах. Для стабильности этой полосы и запаса по фазе в топологии предусмотрены защитные развязывающие кольца, экраны и внутренние карманы.

В процессе пришлось изучить, как лучше делать folded cascode и просто хорошие каскодные источники тока, какова их устойчивость и как делать качественные зеркала и многоканальные правильные устойчивые трансляторы тока (каскоды, резисторы в истоках).

Output stage DIY RRIO Amplifier. Выходные каскады

Что касается оконечника, то здесь особо не вымудрствовались, никаких switched capacitor решений, класса I, вольтдобавок E, и прочих современных улучшалок. Только махровый Class AB. Для питание имеено этого усилка составляет 3.0-3.6V, т. к. делал на 3.3-вольтовой LV библиотеке. Другой под рукой просто не было. А так, в мире есть и 140V оперы LTC6090, и, возможно, и более высоковольтные. Допустимое напряжение- проблема лишь библиотек, из которых сделано устройство. Хотя всегда можно замутить вольтдобавку или конверсию, если не хватает напруги.
Полная схема ядра усилителя без обвески и необходимого огорода приведена ниже.

Testing

Тестирование проходило на пыточном столе, который по этическим соображениям здесь не показан. В общем- это всевозможный набор идеальных источников/нагрузок/воздействий, которые только себе можно представить даже в страшном сне. Пока он выдержал все, был изготовлен в микросхеме, и подтвердил свои параметры.
Проверял макет по многочисленным параметрам, на устойчивость к технологическим разбросам и вероятностным разбросам. Вот не лень, а не лень, когда делаешь для себя и с любовью.
Каждый блок перед вставкой его в блок уровнем выше тестировался отдельно и в системе.

Природные принципы построения

До этого момента макет был умышленно подтянут на нужные входные режимы с помощью внешних источников. Все настраивалось по самому главному принципу- получить максимально нужные показания без общей обратной связи, то есть получить структуру изначально максимально линейной, и только затем вводить внешнюю обратную связь, для исследования и окончательных замеров. Я думаю, тут никто спорить не будет, это постулат всей линейной электроники и аналоговой схемотехники.
До этого такие тувылзы писывало, пока не начал следовать главным принципам конструирования. Аккуратность, красота и лаконичность- наши лучшие друзья. И все ничинает работать приятно, потому, что становится понятно. Повышается надежность систем, потому, что видишь каждый шаг, он ясен и понятен.

Common mode voltage feedback- CMFB for RRIO FD OPAmp

Что мы получили? И что можно получить?

Итоги цели 2
Параметры, получившиеся на этой библиотеке, не суперские, зато стабильные, почти такие, какие хотелось получить, к тому же их всегда можно мультиплицировать на большие мощности\токи. Да, забыл сказать, этот опер планировался для внутренних отделочных работ в микросхеме, не для внешки. Для внешки сделаны другие и отдельно. Они кратко описаны чуть ниже.

Краткие параметры получившегося OPA.
FEATURES OPA:
Fully Differential Opamp
Supply Voltage Range: 3 V… 3,6 V
Unity Gain-Bandwidth: 54 MHz
Slew Rate: 129 V/us
Output Current: up to 1 mA sink/source @each channel
DC Voltage Offset: 1.2 mV max
Supply Current: 0,87 mA
Open Loop Gain: 74 dB
Этого уся вполне хватает для работы внутри микросхем, и он для этого родился. Output Impedance его в районе 500 Ohm нисколько не смущает микросхемных соседей. Для особо ретивых есть драйверы с низкоомным импедансом.
Внутрисхемные электронные изделия, как оказалось на практике, делать несложно, сам аж удивился, приведу до кучи кое-что еще.
Обкатаны нанотоковые 1.8 и 3.3- вольтовые устройства, а также switching cap системы, track-hold, ADC, sc comparators, delay, eq,linear phase filters, PGA,DAC,charge pump, vco-pll, mixers, rf pa, limiting amp, multiphase pwm и еще куча всякого мусора. Все в принципе оказалось просто.

Driving IC PADs

Для выкидывания сигнала наружу, чтобы прокачать ножку PADа микросхемы и емкость внешней нагрузки, придумана умощненная версия этого усилителя, а также специальные аналоговые буферы на ее основе.

Вот еще помудренее, детишек пугать.


Эти буферы все не очень красивые, они делались еще до осинения и явно в бреду. У них полоса в районе 400 MHZ и устойчивая работа на емкостную нагрузку.
В общем, аналоговая техника не так страшна, как ее малюют.

PDF остальных готовых девайсов приложу, если кому понадобится.

Источник