隨著單電源運放的廣泛的運用，運放的軌至軌輸入（rail to rail input）成為一個時髦的詞。現(xiàn)在大部分低電壓單電源供電的運放都是軌至軌輸入的。TI在軌至軌輸入的運放產(chǎn)品方面具有十分領(lǐng)先的優(yōu)勢。本文介紹運放的rail to rail輸入的實現(xiàn)以及TI在實現(xiàn)運放的rail to rail 輸入方面的領(lǐng)先技術(shù)。

        先說兩句廢話，解釋一下軌至軌，這里的軌指的是電源軌，運放的兩個電源供電電壓如+/-15V。這兩個電源電壓就像兩條平行的距離為30V的“軌道”一樣限制了運放的輸入輸出信號。運放的軌至軌輸入是指運放的輸入端信號電壓能夠達(dá)到電源的兩個軌，并保持不失真，如上例輸入信號電壓可達(dá)到+/-15V。運放的輸入電壓范圍可在運放的datasheet中找到。就是共模電壓范圍Vcm（Common-Mode Voltage Range）。如下表即為OPA365的輸入電壓范圍，可見它是典型的軌至軌輸入運放。

        一般的BJT和JFET是非軌至軌輸入的運放。如下表所示為OPA827共模輸入電壓范圍為(V-)+3V至(V+)-3V，典型的非軌至軌運放。

        單電源（我們暫且稱之為“單電源”）運放的輸入級通常有三種結(jié)構(gòu)，第一種是采用PMOS做差分輸入級。這樣的運入輸入級電壓可以低于負(fù)電源軌0.2甚至0.3V，但達(dá)不到正電源軌，如OPA336。下表是datasheet中標(biāo)出的OPA336輸入電壓范圍。

          它的輸入級原理框圖如下圖，典型的PMOS差分輸入級。

          既然PMOS差分輸入級輸入電壓不能達(dá)到正電源軌，那NMOS呢，對頭，NMOS差分輸入級的輸入電壓可以達(dá)到正電源軌，但是達(dá)不到負(fù)電源軌，一般會在負(fù)電源軌的1.2V之上。

         此時有人想到了，把PMOS和NMOS差分輸入級并聯(lián)起來。在接近電源負(fù)電壓軌時使PMOS差分輸入級工作，在接近電源正電源軌時使NMOS差分輸入級工作。這樣不就可以實現(xiàn)運放的軌至軌輸入了嘛。太巧妙了。的確早先的軌至軌輸入運放就是這樣設(shè)計的。并且現(xiàn)在也在大量使用這種技術(shù)。如下圖是OPA703的輸入級，就是典型的PMOS與NMOS相并聯(lián)的運放輸入級。當(dāng)輸入共模電壓在(Vss-)-0.3V

         下表是OPA703的datasheet中給出的共模電壓輸入范圍(V-)-0.3V至(V+)+0.3V.

           Bipolar輸入級運入同樣也有這樣的結(jié)構(gòu)，如下圖是典型PNP與NPN型三級管并聯(lián)形成的差分輸入級。