Операционные усилители Rail to Rail от STMicroelectronics
STMicroelectronics, являясь одним из лидеров в производстве аналоговых полупроводниковых компонентов, делает основной прицел в этой области на операционные усилители. Компания предлагает широкий спектр ОУ, включая полностью законченное семейство, называемое Rail to Rail. Разнообразие выпускаемых ОУ позволяет удовлетворить спрос в области различных разработок как индустриальной, так и бытовой техники, а также портативного микродизайна, как то, карманных MD-плейеров или мобильных телефонов.
Сегодня популярность Rail to Rail ОУ быстро растет, что обусловлено требованиями промышленности, вызванными ее стремлением в область низковольтных применений. Основные потребители в этом сегменте рынка — производители портативных устройств, питающихся от миниатюрных батарей или аккумуляторов. Причиной работы на низких напряжениях является все большее увеличение скоростей обработки сигналов и, как результат, необходимость снижения потребляемой мощности. (Вспомните, что увеличение скорости передачи цифровых данных требует большего энергопотребления.)
Почему именно Rail to Rail?
Так как во многих областях применения ОУ наблюдается тенденция снижения напряжения питания (3 В и ниже), стандартные операционные усилители уже не могут выдавать широкий размах выходного сигнала без искажения его динамических характеристик.
Полный выходной сигнал — от отрицательного уровня питания к положительному (from negative Rail to positive Rail) достигается с применением ОУ с «Rail to Rail» архитектурой (отсюда и название «Rail to Rail») которые могут быть рассмотрены как следующий шаг после однополярных ОУ.
На рис. 1–3 представлены графики, поясняющие отличие разных видов операционных усилителей.
Рис. 1. Семейство ОУ Rail to Rail
Рис. 2. Однополярное питание TS321, LM324–LM2902, LM358–LM2904, TS27x–TS27Lx–TS27Mx
Рис. 3. Стандартные ОУ JFET ОУ типа TL06x–TL07x–TL08x, большинство биполярных ОУ
Как выбрать Rail to Rail ОУ?
Как выбрать необходимую микросхему из целого семейства приборов? Опыт STMicroelectronics в области аналоговых разработок показывает, что ключевыми параметрами здесь являются GBP (Gain-Bandwidth Product — граничная частота) и Icc (ток потребления) (рис. 4).
Рис. 4
Несколько примеров применения Rail to Rail
Видеоусилители: TSH70/1/2/3/4/5
Семейство TSH7x с быстродействующей обратной связью предлагает ОУ с GPB индексом равным 70 МГц, скоростью нарастания 130 В/мкс и квази-Rail to Rail выходом. Широкий диапазон напряжения питания от 3 до 12 В делает этот прибор простым в применении во многих разработках. Основное назначение микросхемы — работа в диапазоне частот видеосигнала. Прибор выдает на выходе 2 Vpp на 150-Омную нагрузку даже при напряжения питания 3,3 В.
Семейство также включает в себя версию TSH71/3/5 c функцией Standby. В режиме Standby выход прибора переключается в высокий импеданс, что, с одной стороны, позволяет снизить потери тока на 75-Омной нагрузке, и, что более важно, эта функция позволяет соединять параллельно выходы нескольких подобных источников видеосигнала. Последнее позволяет неограниченно комбинировать приборы друг с другом, и осуществлять их взаимное матрицирование.
Важным для высокопроизводительных разработок является высокая линейность прибора (дифференциальное усиление/фаза) и отношение сигнал/шум.
Малое число гармоник и интермодуляционных искажений, равно как и малая групповая задержка, позволяет применять прибор для большого числа устройств с широкой полосой частот. Областями применения микросхем семейства TSH7x являются обработка видеосигнала, привязка уровня, усиление, эквалайзинг, кабельное буферирование.
«Долг» перед 3-вольтовыми системами — TS921/2/4/5
TS92x — одинарный, сдвоенный и счетверенный ОУ — изготавливается по продвинутой биполярной технологии. Этот прибор разработан так, чтобы гарантировать особую линейность и низкое входное напряжение смещения, равно как и обеспечение выходного тока 80 мА при напряжении 2,7 В.
Благодаря большому запасу по фазе и высокому коэффициенту усиления TS92x Rail to Rail ОУ остается в стабильном состоянии даже при работе на высокую емкостную нагрузку на выходе. С 4 МГц GPB индексом, микровольтным входным напряжением смещения и низким напряжением шума на входе прибор может использоваться там, где требуется высокое усиление и точность.
В дополнение отметим, что TS925 имеет режим Standby и встроенную фантомную землю (Vcc/2) для простого и компактного дизайна.
Низкий уровень шумов, малый THD и высокий выходной ток делают семейство TS92x абсолютным кандидатом для аудиоразработок. TS92x может напрямую работать на 32-Омный наушник головного телефона даже при низком напряжении питания батареи.
Разработанный изначально для применения в мобильной телефонии, прибор становится все более популярным в мире портативных аудиоустройств.
Основные характеристики прибора:
Низковольтные rail-to-rail операционные усилители фирмы Maxim/Dallas
Компания Maxim/Dallas выпускает широкую номенклатуру радиоэлектронных компонентов, в том числе и операционных усилителей. В статье кратко описываются так называемые «rail-to-rail» операционные усилители, допускающие изменение входного синфазного сигнала от нуля до напряжения источника питания при однополярном питании или от отрицательного до положительного источника при двуполярном и обеспечивающие выходное напряжение в том же диапазоне.
Операционные усилители, допускающие изменение входных синфазных сигналов в полном диапазоне питающих напряжений, очень удобны во многих областях применения. Компания Maxim/Dallas выпускает более 150 типов таких ОУ. Для первичного ознакомления рассмотрим приборы, работающие при напряжения питания 2,85 В и менее, имеющие в корпусе один или два ОУ и выпускаемые в корпусах для поверхностного монтажа SC70 и SOT. Перечень таких микросхем приведен в табл. 1, а схематическое изображение корпусов и разводка выводов — на рис. 1.
В таблице приняты следующие обозначения:
N — число ОУ в корпусе; ShDn — возможность выключения ОУ по входу Shutdown; КУ МИН — минимальный коэффициент усиления, при котором сохраняется его устойчивость; UПИТ — диапазон питающих напряжений при однополярном питании; IПИТ МАХ — максимальный ток потребления микросхемы; UСМ — напряжение смещения нуля; КОС.СФ — коэффициент ослабления входного синфазного напряжения; КВЛ.ИП — коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения; IВХ — входной ток; f1 — частота единичного усиления; VUВЫХ — максимальная скорость нарастания выходного напряжения; UШ — спектральная плотность шумового напряжения, приведенная к входу; IШ — спектральная плотность шумового входного тока; fШ — частота, на которой нормируются UШ и IШ.
Цена микросхем указана для покупки в США партии не менее 1000 шт.
ассмотрим некоторые особенности перечисленных в табл. 1 операционных усилителей. Все они обладают очень полезным свойством — при перегрузке по входам полярность выходного сигнал не меняется. Большинство усилителей имеет на входе резистивно-диодную защитную цепь (рис. 2), резко снижающую входное сопротивление при превышении входным сигналом уровня порядка 2 В. Для некоторых микросхем пороговое напряжение, при котором происходит снижение входного сопротивления, существенно ниже, поскольку у них в защитной цепи только два диода, а не шесть.
Операционные усилители МАХ4122 и МАХ4124 на нагрузке 250 Ом обеспечивают выходное напряжение, лишь на 300 мВ не доходящее до напряжения питания. Аналогичными свойствами обладает ОУ МАХ4130.
ОУ МАХ4162 имеет уникальное входное сопротивление для дифференциального сигнала — более 1013 Ом. Напряжение питания этой микросхемы может достигать 10 В. В ОУ нет защитной входной цепи, а синфазный входной сигнал может заходить за уровни напряжения питания на 250 мВ. Таким же свойством обладают и некоторые другие ОУ.
КМОП ОУ микросхем МАХ4230-МАХ4232 обеспечивают выходной ток до 30 мА и скорость нарастания выходного сигнала до 10 В/мкс.
Микросхема МАХ4240 может гарантированно работать при напряжении питания 1,8 В, потребляя при этом менее 18 мкА. Синфазный входной сигнал может заходить за уровни напряжения питания.
Микросхемы МАХ4321-МАХ4323 могут работать на нагрузку 250 Ом.
КМОП ОУ МАХ4490 и МАХ4491 обладают минимальным уровнем шумов.
Большинство серий микросхем, перечисленных в табл. 1, имеют продолжения в виде приборов, содержащих по два и четыре ОУ в одном корпусе.
Следует отметить, что сайт компании Maxim/Dallas очень удобен для подбора радиоэлементов. Из имеющегося обилия однотипных компонентов можно автоматически отобрать нужные по заданным параметрам — числу ОУ в корпусе, напряжению питания, быстродействию, смещению нуля, коэффициенту усиления и по всем другим функциональным возможностям. Список отобранных компонентов можно отсортировать по возрастанию или убыванию величины какого-либо параметра, а щелкнув по обозначению микросхемы, получить справочные данные (data sheet), а также модели для отобранных микросхем.
Когда использовать усилитель с rail-to-rail входами и на что обращать внимание
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 (VS– – 0.2 В) до (VS+ – 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 (VOS) от величины входного синфазного сигнала (VICR), пример которой для THS4281 показан на Рисунке 3. Как видим, когда VINCM проходит диапазон напряжений между (VS+ – 1.4 В) и (VS+ – 1 В), VOS «прыгает» вниз, обозначая область, где происходит переключение. Иногда в прецизионных приложениях, где измерения с единичным усилением должны иметь точность порядка 1 мВ, такой скачок VOS 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 VBAT 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 VOS во время переключения входных каскадов. Впрочем, как я уже говорила, это не препятствие, а скорее неудобство.
Материалы по теме
- Datasheet Texas Instruments OPAx836
- Datasheet Texas Instruments THS4281
Перевод: Дмитрий Иоффе по заказу РадиоЛоцман
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.
А знающим известно, что такая пара не может измерять сигналы близко к положительному собственному питанию из-за запаса напряжения, необходимого для работы токовых зеркал. К тому же p-channel транзисторы менее высокочастотны. Спасает включение опера с n-канальной парой на входе, но и это не полный выход из нашего положения. Для полной кошерности, чтобы работать с любым уровнем сигналов около минуса и плюса полок питания операционного усилителя, надо использовать rail-to-rail входную структуру. А чтобы уж совсем хорошо было, надо использовать эту фишку по входу и выходу, т.е. юзать RRIO OPA -rail-to-rail input output. Есть еще другое название для заманухи -beyond the rail OPAmp.
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.
Пришпандорено- прихабрено
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.
А что делать, если руки чешутся?
Правильно!
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.
Дальше пойдет исключительно радиоэлектронная порнография.
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
И напоследок залепил ему третим входом CMFB, когда все остальное стало прекрасно работать. Тогда усь заклокотал как надо, прямо аж радость берет!
Кто не в курсе, cmfb -это common mode feedback, устаканивающая все выходы операционного усилителя относительно заданной на третий вход CM опоры. Это такая отрицательная обратная связь для средней точки усилителя. Иначе откуда он будет знать, относительно какой линии давать размах на выходах усилителя?
Вот это и есть тот самый третий вход с байпассирующим кондюком, нужный, как правило, для общей линии всех устройств тракта до усилителя, после, и его самого. Что-то типа такого 
Уровень общей точки (или, по-другому- виртуальной земли, средней точки, common mode) составляет обычно половину от полок питания, но может быть и другой. И еще может быть не только потенциальной, но и токовой, какая нам разница- напряжение, это результат тока на резисторе, следствие тока, и мы всегда получим напряжение, когда захотим.
Вот система continious time voltage CMFB этого усилителя. 
Она подключается к двум его выходам и воздействует своей репутацией на эрогенную точку в виде двух входов параллельного усилителя, подключенного к выходному каскаду. Что-то типа знакомых shunt regulator серии TL432.
CMFB -это по сути усилитель в усилителе, второй контур, который должен быть быстрее основного для обеспечения усилителю глобальной устойчивости. Кстати, все, о чем пишу здесь- вещи многолетней давности, захотелось все свести воедино, и самому поглядывать, вспоминать. Такой экспресс-обзор некоторых нужных вещичек.
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.
PS. Спасибо за внимание.