過去幾十年，我們對 IC 技術一直有這樣一種認識，即朝著更高級別的功能集成度方向發展，這對全數字和混合信號應用而言是一件好事。由于新元器件集成了更多的信號鏈，因此優勢更多，例如整體設計更簡單、互連器件更少、可靠性更高、板空間占用更少、元器件之間的不兼容風險消除、功率耗散更低、系統級性能獲得保障、規格書更加全面，當然成本也就更低了。

但是，集成這件事也并非完全一邊倒。相同的供應商在單一 IC 中提供高度集成功能的同時，也會推出性能高但功能極少的 IC，如用作基本構件的運算放大器。

在某種程度上，這兩方面相互矛盾。畢竟，如果能通過使用更高集成度的器件而“擁有全部”或者至少“擁有更多”功能，為什么要選擇單一功能運算放大器呢？答案很復雜，這取決于元器件的規格、相互之間的相對平衡、應用、優先考慮事項，以及最重要的是，相關的權衡和取舍。

盡管存在限制，但仍要進行權衡以滿足目標，這是工程設計和專業知識的核心。在評估集成度更高器件的吸引力時，必須相比能用于構建完整系統的高度優化單一功能構件，就關鍵參數存在的任何性能欠缺進行權衡。我們將使用 Analog Devices 的兩種非常不同的元器件作為示例進行說明。

Analog Devices 的 AD5490 電化學前端

下面將討論 Analog Devices 最近推出的一種用于恒電位、電流和電壓測量的完整電化學前端 AD5490，這些測量是電化學和生物實驗的標準要求（圖 1）。

圖 1：Analog Devices 的 AD5490 是一種電化學和生物實驗的完整電化學前端。（圖片來源：Analog Devices）

這款 IC 旨在測量從 50 pA（或 10-12 A）至 3 mA（或 10-3 A）寬廣范圍內的傳感器輸出。這種跨度在生物阻抗應用中很常見，如評估皮膚和身體阻抗、連續血糖監測以及電池阻抗測試（圖 2）。對于 AD5490，根據所選的輸入通道，典型輸入偏置電流為 20 或 80 pA。

圖 2：AD5490 針對生化和人體測量進行了優化，例如這種高頻四線生物阻抗回路。（圖片來源：Analog Devices）

這是一種精密的復雜 IC，其規格書多達 133 頁。若嘗試用分立元器件復制其電路，則將是一項重大任務。除了極低的輸入偏置電流外，該 IC 還包括模數轉換器 （ADC）、數模轉換器 （DAC）、電壓基準、開關矩陣等。

鑒于所有這些功能，設計人員為什么不選它呢？畢竟，如果產品能夠實現項目目標，那么在手頭已經有不會帶來麻煩和挑戰的現成電路情況下，還要嘗試構建一個類似的電路，這將是愚蠢且不負責任的行為。

Analog Devices 的 ADA4530-1 運算放大器

然而，一些應用的推動主要是由于需要甚至更低的輸入偏置電流，例如最高性能的靜電計和光學傳感器。Analog Devices 深知“沒有一種尺寸適合各種應用”，因此最近還推出了 ADA4530-1 產品，這是一款毫微微安（fA 或 10?15 A）輸入偏置電流的運算放大器。此外，該產品還包括一個集成防護緩沖器，可防止可能導致意外電流的雜散電位差（圖 3）。

圖 3：ADA4530-1 運算放大器具有毫微微安級的輸入偏置電流，并帶有集成的防護緩沖器連接 （GRD），其作用是防止可能導致意外電流的雜散電位差。（圖片來源：Analog Devices）

即使這種功能簡單的器件也有很多細微差別，詳見其 52 頁的規格書。輸入偏置電流比 AD5490 前端 IC 小三個數量級，低溫度系數高達 60?C 左右（圖 4）。這兩種規格都非常出色，適合用于需要這些細小但關鍵屬性的目標應用。

圖 4：ADA4530-1 的輸入偏置電流-溫度圖顯示，在高達 55 至 60?C 時保持在 0.1 fA 左右或以下，因此為系統性能帶來穩定性且誤差最小。（圖片來源：Analog Devices）

由于重點關注的一個參數是極低的偏置電流，因此可用于針對該屬性優化的設計、工藝和制造流程，但可能不太適合其他相關功能，如 ADC、DAC 或電壓參考。

結語

一般而言，這種向更高集成度不斷發展的趨勢對于供應商和設計人員來說都是好事。然而，也有的低級別構件針對特定屬性進行了優化，仍占有一席之地，如 ADA5430-1。當首選從 DC 至 RF 的靈敏低噪聲模擬電路，并且項目也需要混合模擬/數字或者甚至全數字功能（如各種類型的處理器和內存）時，尤其如此。

如果要決定是選擇集成度更高的產品還是由分立元器件構建自己的產品，最好是查看相關供應商的最新產品發布，因為選擇更新太快。盡管如此，有時一個很普通的、功能單一、高度優化的無折中器件對于整體設計的成功至關重要。

雖然許多人顯然會從 ADA5430-1 中受益，但他們也必須自己構建相關的電路。這是一種權衡，他們必須仔細考量，然后決定相關的挑戰和獲得的益處是否值得。盡管如此，應用要求和競爭壓力可能仍會左右他們的決定。