Der OP295 von Precision Monolithic ist ein Zweifach-Operationsverstärker, der mit der Bezeichnung OP495 auch als Vierfach-Operationsverstärker verfügbar ist. Der Baustein kommt mit einer einzelnen Versorgungsspannung im Bereich zwischen 3V und 36V aus und nimmt dabei nur maximal 150µA auf. Erwähnenswert ist außerdem der erweiterte Betriebstemperaturbereich von -40°C bis 125°C.
Die Offsetspannung liegt typischerweise bei 30µV, maximal bei 300µV mit einem Temperaturdrift von 1µV/°C beziehungsweise 5µV/°C. Diese Werte gelten für eine Versorgungsspannung von 5V. Bei 3V und +/-15V sind die Werte etwas höher. Der Nachteil der niedrigen Stromaufnahme ist die damit einhergehende niedrige Slewrate von typischerweise 0,03V/µs. Dementsprechend liegt die Grenzfrequenz auch nur bei 75kHz (85kHz bei +/-15V). Der Rail-to-Rail Ausgang kann bis zu 15mA liefern und bleibt mit Lastkapazitäten von bis zu 300pF stabil.
Im Datenblatt wird der OP295 als CBCMOS-Operationsverstärker bezeichnet. Eine Erklärung für diese Bezeichnung findet sich in der IEEE-Veröffentlichung "A high performance VLSI structure-SOI/SDB complementary buried channel MOS (CBCMOS) IC", die im September 1990 auf der "20th European Solid State Devices Research Conference" gezeigt wurde.
Zwei Wafer mit einer Siliziumoxidoberfläche werden so miteinander verbunden, dass die nicht oxidierten Seite nach außen weisen. Die obere Fläche wird dann geschliffen, bis sich die gewünschte Dicke einstellt. Die Transistoren befinden sich in Bereichen, die mit Siliziumoxidschichten gegeneinander und gegenüber dem Substrat isoliert sind. Das bringt viele Vorteile, zum Beispiel geringere Leckströme, geringere parasitäre Kapazitäten und eine höhere Robustheit gegenüber ionisierender Strahlung.
Bemerkenswert ist, dass die Transistoren nicht wie klassische MOSFETs einen im Vergleich zu Drain und Source invers dotierten Kanal besitzen, sondern nur unterschiedliche Konzentrationen einer Dotierung enthalten. Ist der Kanal dünn genug, so sorgt laut der IEEE-Veröffentlichung das hochdotierte Polysilizium dafür, dass die Transistoren auch ohne Ansteuerung sperren. Mit steigender Gate-Source-Spannung bildet sich der leitfähige Kanal nicht an der Oberfläche, sondern im Inneren des Siliziums (buried channel), was sich ebenfalls positiv auf die Eigenschaften des Transistors auswirkt.
Nichtsdestotrotz verrät das Datenblatt des OPA295, dass in dessen Eingangsstufen bipolare Transistoren zum Einsatz kommen.
Die Abmessungen des Dies betragen 2,0mm x 1,6mm. Das Design stammt offensichtlich aus dem Jahr 1991. Die Zeichen 5511Y stellen höchstwahrscheinlich eine der typischen interne Projektbezeichnung von PMI dar. Y steht dann für die zweite Revision des Bausteins.
Das Die zeigt eine gewisse Symmetrie, ist aber nicht vollkommen symmetrisch aufgebaut. Die Ein- und Ausgangsbondpads der beiden Operationsverstärker (blau/rot) sind ungefähr gleich angeordnet, die Eingangsverstärker befinden sich aber zum Beispiel beide im oberen Bereich des Dies. In der unteren rechten Ecke ist eine zusätzliche Schaltung integriert, die wahrscheinlich der Arbeitspunkteinstellung dient (grün).
Über das Die verteilt finden sich die Maskenrevisionen von neun Masken. Das passt zum obigen IEEE-Paper, das für den CBCMOS-Prozess neun Lithografie-Schritte angibt. Zwei Reihen Quadrate in der linken oberen Ecke ermöglichen es die Abbildungsleistung des Prozesses zu bewerten.
Rechts befindet sich ein Symbol, das wahrscheinlich die Initialen eines Entwicklers enthält. Ähnlich verkünstelte Initialen finden sich auch im OP283. Das hier zu sehende Symbol könnte die Buchstaben dfb darstellen und damit auf Derek F. Bowers verweisen, ein sehr bekannter, langjähriger Entwickler bei PMI und Analog Devices.
Viele Elemente auf dem Die lassen sich gut identifizieren. Besonders auffällig sind die beiden verteilten Kondensatoren an der rechten und linken Kante. Die wirksame Kapazität kann mit Streifen der Metalllage variiert werden (grün). Etwas weiter im Inneren des Dies ist jeweils ein weiterer Kondensator integriert.
Die Offset-Spannung des OP295 wurde mit einem Laser auf ein Minimum abgeglichen (rot). Die symmetrischen Widerstände der Eingangsstufen zeigen jeweils in einem Pfad Spuren dieses Abgleichs. Typisch für einen Laser-Abgleich ist auch das Testpad in der linken unteren Ecke des Dies, das mit einer Zielmarke und einem Streifen des Widerstandmaterials ausgestattet ist und der Justage des Lasers dient.
Auffällig ist der große grüne Bereich, der mit dem negativen Versorgungspotential und mit der Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung verbunden ist. Im ersten Übersichtsbild weiter oben sieht man, dass die kurzen Metallleitungen dicke, vertikal verlaufende Streifen miteinander verbinden. Wahrscheinlich handelt es sich um eine Reihe J-FETs. Die grüne Lage stellt dann die gemeinsame Gate-Elektrode dar. Die J-FETs sorgen entweder nur für einen sicheren Anlauf der Bias-Schaltung oder erzeugen sogar selbst einen Referenzstrom für die restliche Schaltung.
Im EEVBlog-Forum hat der User magic die Schaltung analysiert und einen Schaltplan des OP295 erstellt.
