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在视频设计中优化带宽并降低功耗

时间:2006-06-06 00:00来源:compotechasia.com 作者:admin 点击:

我们现在对“飞兆半导体”(Fairchild Semiconductor)的认识,多半是来自于它“功率专家”(The Power Franchise)的耀眼光环;但行业先贤们一定记得,早在1963年的“仙童”时期(为飞兆半导体早期的历史中文译名),Fairchild就已推出一款名为μA702的单片式集成电路运算放大器,随后陆续又有μA709和μA741系列产品面市。

折衷几家知名调研机构的评估,未来3年运算放大器市场的平均年复合增长率约有8.83% (WSTS估计值为5.1%,Selantek估计值为11.5%);且此态势将稳定增长至2009年。另从应用别来分析,Selantek公司也指出:“视频放大器”具有最大的ASP(平均销售单价)潜力,估计可达0.7美元。看好此巨大商机,近日飞兆再续对运放的关注,以“功耗更小、性能更高、应用更灵活”为鲜明旗帜,推出5款FHP系列运算放大器,并由主力发展超便携式市场、负责北中国区的新产品推广和应用支持工作,并拥有超过10年的系统设计经验的技术行销副经理曹巍,郑重其事地与媒体交流其产品特色及未来发展蓝图。 

  
高带宽,低功耗  决定视频设计的流畅度

“μA7xx系列的器件,迄今仍是飞兆出货量最大的产品之一;所不同的是,如今放大器已发展成所有线性系统的标准元器件”,曹巍一开场便如此唤起媒体朋友的记忆。在消费类电子的推动下,运算放大器也有所演进:在封装体积上,已从原本的TO-8金属罐封装,缩小至2mm×2mm的微型芯片封装;在带宽上,也已突破昔日7 Hz的格局,转而提升至以GHz为基准单位。此外,5,000V/μs以上的转换率(SR)、10μA以下的电源电流、降至0.9V的电源工作电压,以及低于20μV的输入漂移电压,都是60年代闻所未闻的性能水平。

一般而言,带宽越高,能通过的谐波就越多,视频信号的完整性更好。凭借独到的工艺优势,面向高频终端,飞兆在视频滤波驱动器已获得相当的成功,包括:4阶~6阶低信道滤波器、电缆驱动器和输入钳位等。有鉴于标配视频滤波器开放接口少、灵活性不足的缺憾,此次飞兆特地在早期整合型μA7xx系列器件之外(已将DC/DC和电压管理集成在内),推出滤波和固定增益视频驱动分开接口的分立式FHP放大器系列;依转换速率的不同,备有多种型号产品:

FHP3130/FHP3230/FHP3430以及FHP3350/FHP3450两大类,可满足多种高清(HD,30MHz)和标清(SD,8MHz)视频应用的需求,包括机顶盒、数字电视和音频/视频放大器;都具有1.5kV的器件充电模式(CDM) ESD保护,为客户带来真正的产品增值。FHP系列高性能放大器采用无铅封装,能达到甚至超越IPC/JEDEC的J-STD-020C及欧盟标准。

●FHP3x30系列
在FHP3x30系列中,单信道、双信道和四信道的器件具有业界领先的50MHz带宽、110V/μs的回转率和0.008% /0.01°的微分增益/微分误差,可提高SD视频设计的性能及节省能耗。目标应用包括SD机顶盒、DTV、CCD图像系统及工业图像系统。该系列也提供0.1dB@16MHz出色的增益平坦度(gain flatness),以增加系统可靠性和简化设计;FHP3230具有良好的AC特性、低功耗和理想的DC性能,每个放大器只需2.5mA的供电电流即可工作,同时提供±100mA的输出能力,可轻松地支持4路视频负载。它的共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)和开环增益(AOL)都在100dB以上,远高于88dB的业界水平,全面提升动态范围和增益精度。
  
●FHP3x50系列
三信道和四信道的FHP3x50器件则专为HD机顶盒等高速应用的带宽优化而设计。这些210MHz全功率带宽(-3dB)运算放大器超越了HD视频的要求,提供1,100V/μs的回转率(slew rate)以实现最佳脉冲响应。此外,这些器件的微分增益/微分误差为0.07%/0.03°,有助于提高视频质量。该系列器件具有最佳的AC性能,增益平坦度为0.1dB@50MHz,可在高清视频信号的整个通带上保持稳定一致的增益。由于具有业界领先的低输入偏置电流(典型值0.05μA),这一点对于同步电平和幅值的精细调节极为重要,使DC精度得以提高,可以在AC耦合应用中获得更高精度的输出电压级和最小的压降。 
飞兆半导体210MHz系列中的两款器件均只需3.6mA的供电电流,同时,三信道的器件还提供使能控制功能以减少额外功耗。这种节省能源的特性,加上出色的输出电流能力(±55mA),使到这些器件适合于驱动多个视频负载。FHP3x50产品也非常适用于DTV、音频/视频(A/V)放大器及投影器和DVD摄像机。

BCP6T新工艺:垂直BiPolar三极管技术,降低损耗

FHP放大器系列乃奠基于飞兆半导体专有的“BCP6T”(第6代补偿双极型)新型工艺发展而成,能让设计人员实现双重目标──提供卓越的放大器性能并同时保持极低功耗。该技术采用垂直NPN和PNP(高速)的BiPolar三极管,以及完全的介电隔离与沟槽技术,峰值Ft可达8.5GHz(一般而言,该值应是工作频率的10倍);并具有12V的内核工作电压,以及2.5V~12.5V广泛的供电范围,符合多数消费类电子的需求。它的寄生电容极低,加上静态电流只有mA(微安)级和模块化架构的特性,尽皆有效提高器件效率,一改晶体管损耗大的缺失。

曹巍补充说,三极管虽然具有速度快的优点,但以往由于输入偏置大,所需的电压驱动能量和损耗也大,致使以低损耗着称的MOSFET成为理想替代方案;然而因为其“横向”平面排列的特性,所有的电极都在同一平面上,因而寄生电容较大、每个电极上的间隔也大,故需要较大的集成电流。在两者难以兼顾的情况下,着实让人难以委决。所幸经过多年努力,飞兆终于以新颖的第6代工艺克服此艰巨难关,成功融合两者之长开发出“对称性良好的纵向结构三极管”。他并透露,作为滤波器的理想状况是,在低频时不进行滤波动作,直到过了某个临界点后,其幅-频特性曲线才变陡,该曲线仍以平缓为佳。FHP之所以能做到如此高效的原因,就是在于三极管带宽对称性的维持。

简言之,寄生参数小、瞬态表现佳(动态特性曲线斜率陡峭)是FHP分立放大器器件独特的优势。“210MHz和50MHz带宽规格只是开始,未来飞兆将继续拓展放大器系列,推出更多面向通用型和视频应用的新型产品。我们的目标是尽可能协助客户满足各种不同低功耗、高性能应用的需求。”曹巍做了个小结。

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