高压运放带宽与线性度优化

高压运放（100–200 Vpp）在超声成像和 MEMS 驱动器中的应用对带宽和线性度提出极高要求。通过高 $g_m$ 跨导器（薄氧化层 BiCMOS 器件）与高阻抗级（长沟道高压器件）的组合，可在维持高压能力的同时最大化工作频率。由 Ricotti（STMicroelectronics）在 AACD 2015 系统介绍。

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关键挑战

1. 寄生电容引起的带宽限制

高压器件具有大尺寸和厚氧化层 → 显著的非线性寄生电容 → 随电压变化的 $g_m$ 和带宽

2. 反馈网络的功耗-精度折中

电阻分压反馈网络在高压下消耗显著静态功率

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设计技术

高 $g_m$ 跨导器

• 使用薄氧化层 BiCMOS 器件（5V npn）
• 实现高 $g_m$ 而不受高压器件速度限制

高压共源共栅（Cascode）

• 长沟道 DMOSFET（$V_{\text{DS,max}}$ = 100V）
• 1 µm 最小沟道长度，$f_t\approx 6$ GHz

集成反馈网络

• 电阻分压反馈设计优化功耗-线性度折中
• 适用于超声 pulsers 和 MEMS 驱动

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工艺与实现

• 工艺：BCD6-SOI（STMicroelectronics）
  • 5V npn 双极器件 + 0.35 µm CMOS（3.5V）
  • 100V DMOSFET
• 应用：超声成像线性脉冲器、MEMS 致动器驱动

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来源

• Makinwa 2016 AACD Efficient Sensor Interfaces 深度解析 — Ch10: High-Voltage Opamps (Ricotti et al.)