做压控放大、电子音量、合成器滤波的工程师，大概都遇到过这样的矛盾：想要一个增益能连续、线性地随控制电压变化的放大器，用普通运放加电位器或模拟开关，要么步进有台阶、要么失真大、要么通道串扰。要在一颗芯片里同时拿到“增益可电压编程 + 低失真 + 可直插经典电路”，双运算跨导放大器（OTA）是绕不开的器件。

本文要讲的 HCRM13700，就是这样一颗双路 OTA：每个通道是一个跨导 gm 由偏置电流 IABC 线性控制的放大器，内置线性化二极管，还各自带一个独立缓冲器。它引脚与功能对标业界经典 LM13700，可直接替换。下面从原理、参数、典型应用到同类对比，把这颗芯片讲透。

一、先给结论：HCRM13700 是什么

一句话：HCRM13700 是一颗双路运算跨导放大器（Operational Transconductance Amplifier，OTA）。和普通运放“输入电压、输出电压”不同，OTA 输入的是电压差，输出的是电流——输出电流 I_OUT = g_m·V_IN，而跨导 g_m 的大小由一个偏置电流引脚（I_ABC）控制。

它在一颗芯片里集成了三部分（每个通道一套）：

· 一个跨导放大器（OTA 主放大器），gm 随 IABC 线性变化，可调范围跨多个数量级；

· 一个线性化二极管，由独立的二极管偏置电流 ID 控制，用来把差分输入的传输特性拉直、显著压低失真；

· 一个独立的高阻抗 Darlington 缓冲器，可把 OTA 的电流输出转成低阻抗电压输出，且缓冲偏置与放大器偏置相互独立。

因为输出是电流、g_m 又可编程，它天然适合做“电压控制”类电路：压控放大器（VCA）、压控滤波器（VCF）、压控振荡器（VCO）、电子音量、AGC、采样保持、模拟乘法等。

适合	需谨慎	不适合
· 压控放大器 VCA、电子音量、AGC · 压控滤波器 VCF（音频、合成器） · 压控振荡器 VCO、函数/调频发生 · 采样保持、信号多路复用、PLL · AM 调制、模拟乘法、可变阻抗	· 低电源（±5V 时 PNP 的 Vbe 会压缩动态范围） · 需要电压输出：OTA 输出是电流，需外接缓冲或负载电阻 · 高精度直流：VOS 随 IABC 变化，温漂需评估 · IABC、ID 上限 2mA，勿超偏置 · 缓冲器需自行接成电压跟随	· 需要汽车电子认证或全温（−40~125℃）保证的场景 · 直接当通用电压反馈运放（开环、非电压模式） · 大电流功率输出（信号级 mA，缓冲上限 20mA） · 要求轨到轨输入/输出的低压单电源系统 · 对直流失调极敏感的精密直流链路

表1  HCRM13700 核心参数速查

参数	数值	说明
输入失调电压 VOS	typ 0.4 / max 4.0 mV	全温；随 IABC 变化
输入偏置电流 IB	typ 0.116 μA	优于经典 OTA
跨导 gm（IABC=500μA）	min 6700 / typ 9600 μS	全温 min 5400
输出峰值电流 Ipk	typ 500 μA	min 350 / max 650
gm 双通道跟踪	typ 0.3 dB	双通道一致性
正/负峰值输出电压	typ ±14.2 V	min ±12 V
电源电流（两通道）	typ 2.6 mA	低静态功耗
共模抑制比 CMRR	typ 110 dB	min 80 dB
通道串扰	typ 100 dB	20Hz~20kHz
输入阻抗	typ 26 kΩ	min 10 kΩ
开环带宽 / 压摆率	2 MHz / 50 V/μs	IABC=500μA
缓冲器输入电流	typ 0.5 μA	max 2 μA
电源电压范围	±4.75~±16 V	单电源 9.5~32 V

注：测试条件 VS=±15V、IABC=500μA、TA=25℃；min/max 含温度保证，typ 为典型值。

二、工作原理：gm 为什么能被电流编程

2.1 内部结构

下图是单通道的完整电路。左侧差分对是核心：它把输入电压差转成电流，尾电流即 IABC；中间是把差分电流汇总到输出的电流镜；右上角是线性化二极管；下方是独立的 Darlington 缓冲器。

图1  HCRM13700 单通道内部电路（含 OTA、线性化二极管与独立缓冲器）

理解三点即可：

· 放大器的跨导由尾电流 IABC 决定，IABC 越大，gm 越大；

· 线性化二极管与输入差分对并联，用 ID 设定线性区间，把“S 形”差分传输曲线中间段拉直；

· 缓冲器有独立的偏置与电源连接，不用时可关闭，不影响 OTA。

2.2 核心公式

OTA 的跨导本质上是一个工作在已知尾电流下的差分对，室温下：

g_m = q I_ABC/(2kT) = I_ABC/(2V_T)

I_OUT = g_m V_IN

I_pk ≈ I_ABC

代入室温热电压 V_T≈26mV，可得 g_m≈19.2·I_ABC（I_ABC 用 A、g_m 用 S）。例如 I_ABC=500μA 时，g_m≈9.6mS，与手册典型值 9600μS 一致。输出峰值电流 I_pk 与 I_ABC 同量级（500μA 时 I_pk 典型 500μA）。

线性化二极管的作用体现在下式——当输入信号电流 I_S 满足 |I_S|<I_D/2 时，差分输出被线性化为：

I_OUT = I_S (2I_ABC/I_D)，  条件 |I_S| < I_D/2

这意味着只要把输入信号幅度（经分压）和 ID 配合好，就能把失真压到很低，这是它做高保真 VCA/VCF 的关键。压控滤波器的截止频率同样由 gm 设定：

f₀ = R_A g_m / [(R+R_A) 2πC]

改变 I_ABC 即改变 g_m，就直接改变了滤波器的截止频率，这正是“压控”的由来。

2.3 gm 随 IABC 的变化曲线

图2  跨导 gm 与放大器偏置电流 IABC 的关系（双对数坐标）

上图给出 g_m 随 I_ABC 的变化：在很宽的 I_ABC 范围内 g_m 近似线性（双对数图上为斜率约 1 的直线），两通道之间的 g_m 跟踪误差典型仅 0.3dB，双通道一致性很好。这带来三点工程收益：

· 增益可由一个控制电压（经电阻转 IABC）连续调节，没有电位器磨损或模拟开关台阶；

· 调节范围宽，小信号可把 IABC 降到 μA 级，同时降低静态电流；

· 双通道匹配好，立体声/平衡应用左右一致性高。

代价也要清楚：①g_m 对温度敏感（与 1/T 成正比），高精度需做温度补偿或留裕量；②输入是差分对、输入阻抗约 26kΩ（典型），不是普通运放的 MΩ~GΩ 级；③输出是电流，要电压必须加缓冲或负载电阻；④低 I_ABC 时带宽随之下降（开环带宽典型 2MHz @ I_ABC=500μA）。

设计提示：偏置电流 IABC 不要直接加电压，应由 V+ 经一只电阻设定，阻值≈(V+−V−−Vbe)/IABC；IABC 与 ID 的上限均为 2mA。低电压（±5V）下，因输入 PNP 管的 Vbe 较高，输出动态范围会明显压缩，优先用 ±15V。

三、引脚定义与封装

HCRM13700 采用 SOIC-16 封装，内含两个独立通道。下图为引脚连接图（顶视）。

图3  HCRM13700 SOIC-16 引脚连接（顶视）

表2  引脚功能

引脚	通道 A 功能	引脚	通道 B 功能
1	Amp Bias（偏置 IABC）	16	Amp Bias（偏置 IABC）
2	Diode Bias（偏置 ID）	15	Diode Bias（偏置 ID）
3	+ Input 同相输入	14	+ Input 同相输入
4	− Input 反相输入	13	− Input 反相输入
5	Output OTA 输出	12	Output OTA 输出
6	V− 负电源	11	V+ 正电源
7	Buffer Input 缓冲输入	10	Buffer Input 缓冲输入
8	Buffer Output 缓冲输出	9	Buffer Output 缓冲输出

替换验证：HCRM13700 的引脚排布、功能框图与 TI LM13700 完全一致——Amp Bias、Diode Bias、差分输入、OTA 输出、电源、缓冲输入/输出一一对应，因此在 LM13700 既有 PCB 上可直接对位替换。

替换需注意：①LM13700/LM13600 上的空脚（N/C）不要擅自接地或接电源，按原设计保持悬空；②前代 LM13600 的缓冲偏置会随放大器偏置变化，而 LM13700/HCRM13700 的缓冲偏置独立，若老电路依赖这一耦合需核对；③替换后务必实测 gm、失调与失真，不要只凭引脚一致即定型。

四、典型应用：从 VCA 到 VCO

4.1 压控放大器（VCA）/ 电子音量

设计目标：±15V 供电，通道增益随控制电压连续变化，1Vpp 输入下 THD<0.1%。

电路结构：输入信号先经分压网络把幅度降到数十 mV（满足线性化条件），送入 OTA 差分输入；控制电压经电阻转成 I_ABC 设定 g_m；线性化二极管由 I_D（约 1mA）偏置；OTA 输出经内置缓冲器接成电压跟随，得到低阻抗电压输出。

图4  带线性化二极管的压控放大器（VCA）

增益与失真：电压增益由负载电阻 R_L 与 g_m 决定（V_O=g_m·V_IN·R_L），g_m 受控故增益受控；启用线性化二极管后，差分传输被拉直，在 |I_S|<I_D/2 区间失真显著降低。

为何适配：VCA 要求增益随控制电压单调、连续、低失真——这正是 OTA + 线性化二极管的本职；内置缓冲器省去外接运放，单芯片即可完成“压控增益 + 电压输出”。

布局建议：输入分压/线性化回路尽量靠近输入脚并缩短走线；I_ABC、I_D 的设定电阻与去耦电容靠近偏置脚；缓冲输出端的负载与反馈走线短而对称；电源去耦就近放置。

4.2 压控滤波器（VCF）

图5  压控滤波器（VCF）：gm 决定截止频率

上图是经典的 OTA 压控滤波器结构：OTA 等效为一个受 gm 控制的“等效电阻”，与电容构成积分/滤波环节，f0 与 gm 成正比，改变 IABC 即扫动截止频率，是模拟合成器滤波器的标准做法。

4.3 采样保持（S/H）

图6  采样保持电路：OTA 对保持电容充放电、缓冲读出

OTA 输出电流对保持电容快速充放电，开关闭合时跟踪输入、断开时由电容保持电压，高阻抗缓冲器负责无损耗读出，压摆率典型 50V/μs，适合高速采样。

4.4 压控振荡器（VCO）

图7  压控振荡器（VCO）：gm 控制振荡频率

OTA 与定时电容构成可控积分/张弛振荡，gm（即 IABC）决定充放电斜率从而决定频率，可实现函数发生、调频（FM）与音乐里的 VCO。

五、同类对比：和 LM13700/LM13600 怎么选

HCRM13700 对标的是 TI 的两颗经典 OTA：LM13700 及前代 LM13600。下图从六个维度做归一化对比（仅作选型示意，数值以手册为准）。

图8  HCRM13700 与 TI LM13700/LM13600 六维对比（示意）

表3  关键参数逐项对照

对比项	HCRM13700	TI LM13700	TI LM13600
封装 / 通道	SOIC-16 / 双	SOIC-16 / 双	SOIC-16 / 双
gm（IABC=500μA）	9600 μS	9600 μS	同量级
输出峰值电流	500 μA	500 μA	500 μA
输入偏置电流	0.116 μA（典型）	1 μA（典型）	1 μA
共模抑制比	110 dB	110 dB	110 dB
通道串扰	100 dB	100 dB	100 dB
输入阻抗	26 kΩ	26 kΩ	26 kΩ
开环带宽	2 MHz	2 MHz	2 MHz
电源电流（两通道）	2.6 mA	2.6 mA	2.6 mA
独立缓冲器	有（偏置独立）	有（偏置独立）	有（偏置随 IABC）
供货 / 温度档	现行，−20~85℃	在产，商用档	停产

选型结论：三者引脚与核心参数高度一致，LM13700 既有电路可直接用 HCRM13700 对位替换；HCRM13700 在输入偏置电流上更优（典型 0.116μA vs 1μA），且为现行供货、交期与本地支持更有保障。需要注意 HCRM13700 结到环境热阻 θJA 为 110℃/W（TI 标 83℃/W），高温/高耗散场景需留散热裕量。前代 LM13600 已停产，缓冲偏置方式不同，不建议新设计选用。

六、上手 Checklist

A 偏置与增益
☐ IABC 由 15V 经电阻设定，阻值=(15V−Vbe−V−)/IABC ☐ gm 按 gm≈19.2·IABC 估算，再以实测微调	☐ 增益跨度需求换算 dB，确认 IABC 调节范围够 ☐ IABC、ID 均不超 2mA
B 线性化与失真
☐ 启用线性化二极管，ID 取约 1mA ☐ 输入信号先分压到数十 mV，满足 |IS|<ID/2	☐ 输出加缓冲做负载隔离，避免带载压缩 ☐ THD 目标按实测，不直接套用宣传值
C 供电与动态
☐ 优先 ±15V；±5V 需重新核算输出摆幅 ☐ 单电源确认 9.5V 起，并安排虚地/偏置	☐ 电源去耦就近，跨电源轨加电容
D 温度与封装
☐ 按 0~70℃ 设计；−20~85℃ 订货档确认 ☐ SOIC-16 核对 θJA 与散热（110℃/W）	☐ 不上汽车电子认证、不承诺 −40/125℃
E 替换与验证
☐ 与 LM13700 逐脚核对，N/C 脚处理一致 ☐ 样板实测 gm、VOS、峰值电流、THD 再定型	☐ 关键参数留裕量，不按单一典型值定案

七、总结

HCRM13700 把“可编程跨导 + 线性化二极管 + 独立缓冲器”做进一颗 SOIC-16，直接对标 LM13700，适合压控放大/滤波/振荡、电子音量、采样保持、模拟乘法等信号链。它的价值不是某一个极限指标，而是“用电压连续编程模拟增益/频率”这件事的集成度与便利性，加上可直接替换经典型号、现行供货。

选型时记住“六看”：

1    看跨导 gm≈19.2·IABC，先定偏置电流，再谈增益大小	2    看输出 OTA 是电流输出，需要电压得加缓冲或负载电阻	3    看线性 启用线性化二极管压低失真，满足 ID>2·IS
4    看供电 ±15V 动态范围足，±5V 会明显缩水	5    看封装 SOIC-16，引脚排布与 LM13700 一致	6    看温度 推荐 0~70℃，订货档 −20~85℃

替换原则：引脚一致可直接对位，但务必先核对偏置（IABC/ID）、供电与缓冲接法，样板实测 gm、失调、峰值电流与失真后再量产；不要把它当普通电压反馈运放或轨到轨器件使用。

内容验真与来源

· 芯片参数：HCRM13700 数据手册（HCRSEMI，SOIC-16），测试条件 VS=±15V、IABC=500μA、TA=25℃。

· 竞品参数：TI LM13700 数据手册（SNOSBW2F，Texas Instruments，1999/2015）。

· 前代差异：LM13600 与 LM13700 的缓冲偏置差异，以 LM13700 手册第 1 页说明为准。

说明：本文参数均标注测试条件，典型值不代表全温保证；六维雷达为选型示意，工程设计请以原厂最新手册为准。

禾芯荣半导体（HCRSEMI）持续提供运算放大器、比较器、电源管理、逻辑、音频功放等模拟与混合信号产品。如需 HCRM13700 样品、规格书或替换支持，欢迎在评论区留言或联系我们。