市面上已有眾多優秀的運算放大器下，為何仍需要新產品

我們很難確定，市面上數十家製造商到底提供了多少種不同的運算放大器，但至少已有數千種。這還不包括那些以基本型號為基礎，但規格、溫度等級或封裝略有不同的衍生型運算放大器。

這些基本、低調但用途廣泛的類比構建模塊，可在訊號處理類比前端 (AFE)、濾波器及感測器的介面中，提供重要的功能。需要的電路功能若列出來，永遠是一大串，而且在邊緣人工智慧 (AI)、智慧控制器，以及其他無數需要系統與真實世界介接的應用所帶來的需求下，這個清單還在不斷變長。

考量到市面上已有這麼多運算放大器，從中階、堪用的規格，到出色的高效能精密裝置，很容易讓人以為幾乎不需要新產品。然而，近期的新產品再次證明了這樣的假設有多麼天真。

最新的運算放大器創新提供極低漂移

過去一年中，我看過大廠與中階廠商推出的數十款新運算放大器。其中有些是特定應用款式，例如高電壓設計或電流隔離，但大多數都屬於標準品，只有部分規格表現出色。

請看以下三款近期推出、具備極低漂移的運算放大器：

• Analog Devices 的 MAX74810ARMZ-RL，這是一款截波穩定、低功率、雙通道、零漂移的運算放大器，具有低雜訊、接地感測輸入以及軌對軌輸出功能，並可隨時間、溫度和電壓條件達到總準確度最佳化。
• STMicroelectronics 的 TSZ901IYLT，這是一款符合 AEC-Q100 標準的運算放大器 (來自該公司 TSZ 系列超精密運算放大器)，配備了近乎零漂移與超低偏移的特點；這兩者都是進行高效能感測器訊號調節時的關鍵屬性
• Texas Instruments 的 TLV4888PWR，這是一款 36 V、14 MHz、截波穩定、零漂移、四通道、適用於多工器的 CMOS 精密運算放大器

廠商和設計師同時面臨的兩難

這些應用廣泛元件的廠商與使用者，對於舊款運算放大器都有著複雜的情感。廠商希望繼續生產高利潤、可預測製造與測試的舊款零件，但使用者則是因為瞭解其效能和細節才想要使用。於此同時，雙方也都想要新產品的潛在優勢，包括立即與長期鎖定客戶 (對廠商而言) 以及更高的效能 (對使用者而言)。

雖然運算放大器在功能上屬於簡易模塊，但通常有許多重要且細微的參數。雖然需要的測試及後續資料分析都已高度自動化，但啟動、完成及文件記錄，仍需耗費相當多的時間與精力。

在必要但難以測試的規格中，有輸入偏壓電流 (I_B) 相對溫度的變化，如 MAX74810ARMZ-RL (圖 1) 所示。

圖 1：MAX74810ARMZ-RL 的 IB 對溫度關係圖；這些圖表對於執行精密 AFE 的設計人員來說非常重要。(圖片來源：Analog Devices)

運算放大器規格書通常會描繪出輸入偏移電壓 (V_IO) 在數千個受測裝置中的分配狀況。這些圖表，例如 TSZ901IYLT 的圖表 (圖 2)，能向使用者保證廠商已妥善控制生產流程，讓模擬更加完善，因此得以放心。

圖 2：像 TSZ901IYLT 的 VIO 分配狀況這樣的圖表，能讓設計人員確認生產流程受到嚴格控制。(圖片來源：STMicroelectronics)

廠商必須針對部分參數標示出最大值 (或最小值) 規格，因為典型值適合初步估算，但在使用 Spice 或其他工具進行完整分析時卻有所不足。運算放大器表格，例如 TLV4888PWR 的表格 (圖 3)，會在完整溫度範圍內同時列出典型值與最大值，以此支援審慎周密的設計評估。這些資料通常以表格形式提供，包括偏移電壓與輸入偏壓電流等參數的典型值。

圖 3：像 TLV4888PWR 這樣的裝置，若要進行審慎周密的設計評估，就需要典型值與最大值；運算放大器廠商會適時以表格形式提供資料。(圖片來源：Texas Instruments)

這對廠商有什麼好處？

這些開發投入與廠商支出都值得嗎？一般來說，值得。成功的類比產品會是之後許多年可靠的高利潤收入來源。如果廠商能夠將正確的功能、特點和效能規格組合在一起，而且該零件也搭配成功的客戶產品，該運算放大器很有可能不只用在目前的產品世代，也能沿用到後續產品。如此一來，原本偏好的舊款零件就會遭到取代。

但要取代舊款零件並不容易。不同於處理器，優秀的運算放大器往往會再次選用於電路，而非從設計中淘汰並取代。那麼，為什麼設計人員不願以更新款的運算放大器取代較舊、可能較差的運算放大器？

原因在於，比起對應的數位元件，類比元件更容易受到設計、佈局甚至製造方面的細微差異與特性影響。除非有充分理由，否則有經驗的類比電路設計人員傾向不改用新款零件與承擔相關的學習曲線；而以數位為主的設計人員也不想考慮類比層面。他們的想法更像是：「只要夠用，那就維持現狀，繼續用下去。」

對於廠商與設計人員而言，這還有其他長期優勢：

• 改良過的製造與測試流程，可大幅降低對生產與供貨性層面的疑慮。
• 改善後的製造專業能力與更高的良率，能為廠商帶來更高的利潤。
• 零件已列入設計人員的核准廠商及元件清單 (由許多 OEM 維護)，企業要納入物料清單 (BOM) 時，就不會猶豫不決。

有個例子可展現出這種「不要改變」的心態，就是 Burr-Brown 的 INA133 儀表放大器 (一種特殊的運算放大器拓撲)。這款裝置件大約在 1998 年推出，至今仍提供多種封裝與等級，例如 Texas Instruments 的 INA133UA/2K5 (該公司於 2000 年收購 Burr-Brown)。

當然，面對這些新的運算放大器，再加上舊款產品，兩難之處在於如何挑選適合應用的最佳產品。有些設計人員會從幾家偏好的廠商開始，有些則從同儕建議開始。這正是 AI 可派上用場之處：輸入必要規格、加分規格，以及其他參數的最小值／最大值之後，就能取得適合的運算放大器排名清單。

這樣的起頭方式很有意思，但在逐步縮小篩選範圍，以便真正理解這些裝置的細微差異時，仔細閱讀說明文件並親自洽詢廠商，仍然是最佳做法。

結論

儘管已經有數千種非常優秀的款式可用，新款運算放大器仍如雨後春筍般不斷問世。這顯示出市場始終需要更優質的零件。這些裝置可能在整體效能上略有改善，或只有在一兩項關鍵規格上大幅提升。無論哪一種情形，成功的新款運算放大器都可擁有更長的使用壽命，在將設計人員的困擾降到最低的同時，還可讓廠商達到最大化良率與利潤。

相關內容

1：運算放大器選購指南

https://www.digikey.com/en/blog/a-guide-to-op-amp-selection

2：挑選合適的精密運算放大器以簡化類比前端設計作業

https://www.digikey.com/en/blog/choose-the-right-precision-op-amp

3：如何有效選擇和使用精密運算放大器

https://www.digikey.com/en/articles/how-to-choose-and-use-precision-op-amps-effectively

4：如何使用零漂移運算放大器達到精密、準確的低功率工業系統控制

https://www.digikey.com/en/articles/how-to-use-zero-drift-op-amps-to-achieve-industrial-system-control

5：如何利用零漂移放大器達到 DC 精確性與大頻寬

https://www.digikey.com/en/articles/how-to-achieve-both-dc-precision-and-wide-bandwidth-using-zero-drift-amplifiers