Der NE5532 ist ein Zweifach-Operationsverstärker, der auf dem NE5534 basiert. Es handelt sich aber nicht um die exakt gleichen Operationsverstärker. Der NE5534 benötigt einen externen Kompensationskondensator, wenn man ihn mit einem Verstärkungsfaktor kleiner 3 verwenden will. Der NE5532 ist dagegen bereits intern voll kompensiert. Das reduziert allerdings gleichzeitig die Slewrate von 13V/µs auf 9V/µs. Die Kleinsignalbandbreite wird zwar für beide Varianten mit 10MHz angegeben, die Leistungsbandbreite sinkt aber von 200kHz auf 140kHz. Die Halbierung der Gleichspannungsverstärkung von 100V/mV auf 50V/mV zeigt, dass beim NE5534 nicht nur die internen Kapazitäten vergrößert, sondern auch der Verstärkungsfaktor reduziert wurde. Die Tatsache, dass die vollständig kompensierten Varianten etwas mehr rauschen zeigt, dass zur Reduktion des Verstärkungsfaktors der Strom in der Eingangsstufe herab gesetzt wurde.
Das Datenblatt des NE5532 enthält einen ausführlichen Schaltplan, der hier noch mit Bauteilnummern versehen und für ein besseres Verständnis eingefärbt wurde. Die Eingangsstufe wird durch einen gewöhnlichen Differenzverstärker abgebildet (gelb). Der Kondensator C1 begrenzt das Frequenzband. An den Eingängen befinden sich zwei Dioden zum Schutz vor zu hohen Spannungen. Im Gegensatz zum NE5534 bietet der NE5532 keine Möglichkeit die Offsetspannung des Differenzverstärkers extern abzugleichen.
Die Stromsenke T3 ist Teil eines Bias-Netzwerks (blau). Den Kern bildet eine sogenannte "self-biased current reference" mit den Transistoren T4-T7. Die Transistoren T6 und T7 sind unterschiedlich groß ausgeführt. Somit lässt sich wie in einer Bandgap-Referenz am Widerstand R6 eine Spannung mit einem kleinen, positiven Temperaturkoeffizienten gewinnen. Der Widerstand selbst besitzt ebenfalls einen positiven Temperaturkoeffizienten, so dass sich die Temperaturkoeffizienten beim generierten Strom zum Großteil kompensieren. Die Versorgung der Referenzspannungsquelle erfolgt über den Stromspiegel T4/T5. Der erzeugte Referenzstrom wird darin gespiegelt und zur Versorgung herangezogen. So ist sichergestellt, dass Schwankungen der Versorgungsspannung den Referenzstrom nicht beeinflussen. Die Schaltung R7/R8/D3 sorgt für ein sauberes Anlaufverhalten.
Auf den Eingangsverstärker folgt eine weitere differentielle Verstärkerstufe (grün). Hier findet noch keine Spannungsverstärkung statt. Die Transistoren T8 und T9 arbeiten gegen den Stromspiegel T11/T12. T10 sorgt dafür, dass der linke Pfad nicht mit den Basisströmen des Stromspiegels belastet wird. Ein zweiter Emitter kann zusätzlich einen Strom in den rechten Pfad einspeisen. Im normalen Betrieb fließt dort kein Strom. T10 kann aber Sättigungseffekte unterbinden. Der Kondensator C2 lässt bei schnellen Signaländerungen einen Strom von der gelben Verstärkerstufe in den rechten Pfad des grünen Verstärkers fließen und stellt so eine Vorsteuerung dar. C3 und C4 bilden Kompensationskondensatoren, die den Frequenzgang des Operationsverstärkers begrenzen.
Auf die grüne Verstärkerstufe folgt noch eine Treiberstufe (rosa), bevor die Transistoren T17 und T19 die Endstufe darstellen (rot). Erst in dieser Verstärkerstufe erfolgt die Spannungsverstärkung des NE5532. Am Block D4/R15/T15 (grau) fällt eine definierte Spannung ab, die für einen gewissen Ruhestrom in der Endstufe sorgt. Die Endstufe besitzt einen Überstromschutz (türkis), der den Basisstrom des Highside-Transistors direkt ableitet. Ergibt sich beim Lowside-Transistor ein Überstrom, so wird über den Stromspiegel T18/T22 die Ansteuerung des Treibertransistors T13 zurückgenommen.
Der Transistor T16 scheint Sättigungseffekte zu unterbinden. Sinkt die Spannung am Kollektor von T17 zu weit ab, so wird T16 leitend und reduziert in Folge die Aussteuerung von T13 und damit auch von T17.
Das Die befindet sich im Package relativ weit außermittig.
Die beiden Operationsverstärker sind abgesehen vom Substrat auf dem Die vollständig voneinander isoliert. Entsprechend führen von jedem Versorgungspin zwei Bonddrähte zum Die.
Die Abmessungen des Dies betragen 3,0mm x 2,2mm. Die Zweiteilung ohne eine elektrische Verbindung ist deutlich zu erkennen. Verhältnismäßig viel Fläche wird von den großen Kondensatoren eingenommen.
Die Entwicklung des NE5534 und dessen Varianten geht auf Signetics zurück. Signetics wurde 1975 von Philips übernommen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass sich in diesem Baustein ein Signetics-Design befindet. Das zeigt sich bei den Hilfsstrukturen zur Überwachung des Fertigungsprozesses, die sich in gleicher Form in anderen Signetics-Schaltkreisen, wie zum Beispiel dem NE5534 oder dem NE555 finden. Die Zeichenfolge 5663A ist ebenso typisch für Signetics. Wie sich im Rahmen des NE555 gezeigt hat, handelt es sich aber nicht um eine Bezeichnung des Designs.
Die Abbildung der Revisionen der sieben Masken zeigt, dass die Metalllage einmal überarbeitet wurde.
Die integrierte Schaltung entspricht Großteils der Darstellung im Datenblatt.
Bei jedem Operationsverstärker finden sich drei freie Bondpads. Es handelt sich hier um die Kontakte, die beim NE5534 und beim NE5533 einen Abgleich der Offsetspannung und eine Vergrößerung des Kompensationskondensators ermöglichen. Höchstwahrscheinlich verwendet man dort das selbe Design mit einer angepassten Metalllage.
Oberhalb der Widerstände R1/R2 befindet sich eine Metallfläche, die auch im NE5534 zu sehen ist. Die Metallfläche ist an das positive Versorgungspotential angebunden. Es scheint, dass hier die parasitäre Kapazität genutzt wird.
Die Widerstände R1/R2 und R9/10 bieten auf einer Seite eine Einstellmöglichkeit. Indem man die Kontakte zur Metalllage verschiebt, kann man die Offsetspannung der ersten beiden Verstärkerstufe einstellen.
Im oberen Bereich des ersten Differenzverstärkers findet sich außerdem noch ein signifikanterer Unterschied zum Schaltplan. Zwischen den Kollektorwiderständen R1/R2 und dem positiven Versorgungspotential sind hier zwei in Reihe geschaltete Dioden integriert (DR).
Das NE5532-Datenblatt von Texas Instruments enthält einen Schaltplan, der dem Schaltplan von Signetics fast vollständig gleicht. Dort sind allerdings die Dioden DR dargestellt. Sie passen das Potential am Ausgang der ersten Verstärkerstufe und damit den Arbeitspunkt der zweiten Verstärkerstufe an. Das ist notwendig, da offensichtlich die Verstärkung der ersten Stufe mit Hilfe ihres Arbeitsstroms reduziert wurde. In der Folge würde sich auch das Ruhepotential am Ausgang und damit der Arbeitspunkt der zweiten Verstärkerstufe verschieben. Im NE5534 sind diese Dioden entsprechend nicht integriert.
Der Widerstand R8 in der Anlaufschaltung ist den Strukturen nach zu schließen ein JFET. Im Schaltplan von Texas Instruments ist an dieser Stelle tatsächlich ein JFET eingezeichnet.
Die Schaltung R15/D4/T15, die die Ruhestromeinstellung der Endstufe realisiert weist eine interessante Struktur auf. Die Emitterfläche des Transistors T15 und die Diode D4 sind auffällig groß ausgeführt.
Ebenfalls interessant ist der Transistor T3. Mit seinen drei Emitterflächen ist dafür gesorgt, dass die Stromdichte der Stromdichte im Referenztransistor T6 ähnlich ist, was für ein sehr ähnliches Verhalten und damit einen möglichst konstanten Stromfluss durch den Eingangsverstärker sorgt.
Die Emitterwiderstände R3 und R6 der Stromsenken T3 und T6 sind direkt nebeneinander integriert. Der Widerstand R3 ist mit einer Serienschaltung etwas größer ausgeführt. Höchstwahrscheinlich passt man zwischen dem NE5532 und dem nicht vollständig kompensierten NE5533 den Widerstand R3 mit Hilfe der Metalllage an, um die Gleichspannungsverstärkung auf die Hälfte zu reduzieren. Die Aufteilung des Widerstands erscheint verwunderlich, aber der Wert 1/3R+R lässt sich relativ einfach auf 2/3R reduzieren.
Der Stromspiegel T4/T5 befindet sich mit der Endstufe auf der horizontalen Achse des Dies. Durch die Endstufe verursachte Temperaturgradienten wirken sich so auf die beiden Transistoren sehr ähnlich aus.
In den Datenblättern von Philips und Signetics sind die Kapazitäten des NE5532 nicht näher spezifiziert. Im NE5532-Datenblatt von Texas Instruments finden sich auch Kapazitätswerte. Man kann davon ausgehen, dass die Kapazitäten bei Signetics zumindest ähnlich sind. Demnach handelt es sich um die Werte 100pF, 40pF, 12pF und 7pF. Der Wert von C3 wurde offensichtlich über die Metalllage angepasst.
Interessant ist, dass der 100pF-Kondensator C1 nur minimal größer ist als der 40pF-Kondensator C2. Das liegt daran, dass der Kondensator C1 nicht nur auf einer normalen Kondensatorstruktur mit einem isolierenden Dielektrikum basiert, sondern auf der gleichen Fläche zusätzlich die Kapazität einer pn-Sperrschicht nutzt. Diese Struktur bietet eine sehr viel größere Kapazität pro Flächeneinheit, die allerdings auch spannungsabhängig ist. Im Schaltplan von Texas Instruments ist diesem Kondensator passend dazu ein Transistor parallel geschaltet.
Die Kanten der Durchkontaktierungen in der Mitte der Metallfläche lassen einige Schlüsse über den Aufbau zu (blau). Eine Kante ist der Durchbruch durch das Dielektrikum, das für den gewöhnlichen Kondensator genutzt wird. Die zweite Kante ist dann der Durchbruch durch die Emitterschicht, so dass die Metalllage die Basisschicht kontaktieren kann. Die Metallalge besitzt an der oberen Kante zusätzlich einen Kontakt zur Kollektorfläche. Die Verbindung mit dem positiven Versorgungspotential (rot) scheint über die Schicht zu erfolgen, die den Kollektor kontaktiert. Es muss sich dabei aber um die Emitterdotierung handeln, da sich nur so eine sinnvolle Verschaltung ergibt. Insgesamt handelt es sich folglich um zwei übereinander liegende Kondensatoren. Der obere, gewöhnliche Kondensator, bestehet aus der Metalllage und der Emitterschicht, getrennt durch eine dünne Siliziumoxidschicht. Der untere Sperrschicht-Kondensator bildet sich zwischen der Emitter- und der Basisschicht.
