如今，有许多运算放大器（运放）可供系统设计人员选择。三家最大的运放制造商总共推出超过1,600种可供选择的产品，这还不包括专用放大器！那么如何在浩如烟海的器件中进行筛选呢？一种将选择范围缩小的方法是从选择最佳制造工艺开始。大多数制造商清楚地将运放标记为CMOS、双极型或是BiCMOS，但这在实际应用中又代表什么含义呢？
简介
在探究实际的运放参数之前，有必要对每种制造工艺有一个简单的了解。双极型晶体管于20世纪40年代末诞生于贝尔实验室，之所以称为双极型，是因为其工作时同时利用电子和空穴。数十年来，这些晶体管已广泛应用于集成电路设计，而且如今仍在使用。
互补金属氧化物半导体（CMOS）出现于20世纪60年代，并作为晶体管－晶体管逻辑电路（TTL）的低功耗数字逻辑替代品而得到普遍应用。与其他类型的晶体管不同，CMOS晶体管只有在切换状态时才会消耗电流，因此属于低功耗器件。
BiCMOS顾名思义是指在同一器件中同时结合了双极和CMOS工艺。这种结合使得集成电路设计人员能够利用每种工艺的固有优势。直到20年前，将双极和CMOS无缝结合成一种工艺还不是非常可靠，而且成本非常昂贵。如今，BiCMOS被用于那些固有收益与技术工艺多耗费的成本相比更为重要的特定应用（包括运放）。
此外，在用于运放设计时，这些制造工艺各有其优缺点。以下几部分将进一步分析这些制造工艺的权衡利弊，以及它们与实际放大器参数有着怎样的联系。
功耗
如前文所述，CMOS的低功耗是人所共知的，因为晶体管仅在切换状态时才会消耗电流。但是，这种功耗优势只有在慢速放大器上才会有所体现。随着带宽的增加，CMOS放大器的电流会大幅提升，很快其消耗的电流就会大于同比的双极型放大器。由于CMOS需要成指数倍地增大电流才能实现高速，因此双极型器件更适用于高带宽、高回转率应用。对于低带宽应用，CMOS放大器仍具有功耗优势。例如，Microchip Technology的MCP6041低功耗CMOS运放的典型静态电流仅为600 nA，可提供14 kHz的增益带宽积。
图1：
CMOS运放（如Microchip Technology的MCP6041）
为低功耗应用提供低静态电流。
噪声性能
在闪烁或1/f噪声方面，CMOS晶体管的低频噪声要大于双极型晶体管。在低频时，此噪声主要源于导通路径不规则以及晶体管中的偏置电流引起的噪声。在双极型晶体管中，导通路径埋置于硅中。而在CMOS晶体管中，电流通路接近于表面，这使得电流非常容易受到硅表面缺陷的影响，从而增加低频噪声。在高频时，1/f噪声可忽略不计，因为其他来源的白噪声开始占据主导。与相同尺寸的双极型晶体管相比，CMOS晶体管的跨导较低，这使其具有较高的宽带噪声。就抗噪声性能而言，双极型运算放大器通常比CMOS放大器更具优势。
电压失调
另外一个重要的放大器参数是输入失调电压。顾名思义，此参数反映了放大器反向输入和同向输入间的电压差。此电压误差可从几微伏到几毫伏不等，很大程度上取决于输入晶体管的匹配度。双极型晶体管本质上可提供更好的匹配，对于给定架构可实现更低的失调电压。一些制造商通过使用激光微调、熔断器甚至EPROM来补偿这一固有的不匹配。这些技术可显著提高放大器性能，而无论放大器采用何种制造工艺。此外，匹配度越好，随温度产生的失调电压漂移就越小，这在许多应用中也是一个重要的考虑因素。
价格/封装
如前文所述，CMOS被认为是更具成本效益的工艺。这主要是由于CMOS逻辑芯片的大量使用，使得CMOS工艺的晶圆成本相对较低。在指定电流能力的情况下，尽管CMOS晶体管的晶圆成本较低，但其使用的硅面积要大于双极型晶体管，因而硅片更大。因此，尽管CMOS工艺的晶圆成本可能较低，但每个晶圆的管芯更少，从而抵消了成本收益。最终，CMOS和双极这两种制造工艺的成本结构将会非常相似。
更大的硅解决方案还会限制制造商的封装选择。这会是一个非常大的限制，因为系统设计人员需要不断将更高的性能和更多的功能植入到外形越来越小的器件中。诸如焊球阵列和无铅封装等诸多封装选择可满足这样的要求。
输入偏置电流
所有放大器都具有一个称为输入偏置电流的参数。这是指流入放大器输入端，使输入晶体管产生偏置的电流量。可以将此电流理解为漏电流，但在放大器输入端出现时，称之为偏置电流。此偏置电流的值可从几pA到数百nA。与采用双极型输入晶体管的运放相比，具有CMOS输入级的运放的偏置电流通常更低，典型值约为1 pA，而双极型晶体管的偏置电流可能要高出几个数量级。此偏置电流通过电路的输入阻抗转换为电压，并最终在放大器的输出端产生一个误差电压。偏置电流越小越好，因此就这一点而言，CMOS具有明显的优势。
哪种工艺更适合放大器？
这个问题在以往一直有争论，预计在未来数年仍是讨论的要点。双极型放大器历史悠久，但CMOS放大器则具有一些固有优势。BiCMOS工艺相对而言是这一领域中的新成员，但这种混合工艺结合了两项工艺的优点，能够提供优异的性能，同时其价格也越来越具有竞争力。
因此，对于哪种工艺更适合于放大器的答案是“看情况而定”，这也是这一话题还会继续争论下去的原因。系统设计人员必须对系统中放大器的功能进行评估，并确定最关键的参数。如果运放与高阻抗传感器（如具有无源滤波功能的热电偶）相连，则将偏置电流保持在最小程度将非常重要。在这种情况下，具有CMOS输入级的放大器是最佳选择。如果应用需要一个高速、高回转率的放大器，则双极型放大器可在最低静态电流的情况下提供最佳性能。
并没有通用的放大器或制造工艺能够满足所有含有运放的应用的需求。这正是制造商将继续提供大量采用各种制造工艺的运放的原因。由系统设计人员确定哪种工艺最适合于给定应用。
