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零漂移运算放大器提高性能和节省电力的办法

来源:analog 发布时间:2024-01-15

摘要: LTC2054和LTC2055是单、双低功耗零漂移运算放大器,采用SOT-23 (LTC2054)、MS8和DD (LTC2055)封装。这些是可用的最低功率零漂移放大器。

LTC2054和LTC2055是单、双低功耗零漂移运算放大器,采用SOT-23 (LTC2054)、MS8和DD (LTC2055)封装。这些是可用的最低功率零漂移放大器,每个放大器都提供相同的高性能,包括低输入偏置电流(典型1pA),低失调(最大3 μ V)和漂移(最大30nV/°C)高达125°C,而每个放大器仅消耗130 μ A。类似的放大器需要0.8mA到1mA才能达到相同的性能。更低的功耗使电池寿命更长,或为任何系统提供更多的放大器功能。

SOT-23和DD封装允许在仅3mm × 3mm的范围内使用单个或双放大器。宽输入共模范围从负电源延伸到正电源以下0.5V,而LTC2054和LTC2055的供电范围为2.7V至6V, LTC2054HV和LTC2055HV的供电范围为2.7V至±5.5V,允许低电压和高电压工作。

性能与特点

所有温度下的最低功耗

LTC2054和LTC2055具有前所未有的低功耗,LTC2055的每个放大器最大过温为150µA, LTC2054的最大过温为175µA。这比同类放大器的功率低五到七倍,使这些放大器非常适合电池供电的应用,如遥感。系统设计简化了,因为电源电流在温度上几乎是恒定的(图1),不像其他放大器指定低室温电源电流,但在极端温度下允许更高的功耗。启动电流也很低,允许使用电荷泵或齐纳二极管供电调节。尽管电源电流低,LTC2054HV和LTC2055HV在±5V电源上工作一样好。


图1所示。供电电流(每个放大器)

低输入偏置电流

LTC2054和LTC2055具有令人难以置信的低输入偏置电流-仅为典型的1pA。这种水平的输入电流允许使用大值电阻和小值电容器,而不会显著增加输入偏置。当用于积分器电路时(图2),LTC2054和LTC2055表现出近乎理想的直流性能。低偏移保持输出精度跨越六个数量级。低输入电流也最小化输入电流噪声和时钟馈通。


图2。精密低漂移积分器

宽输入共模范围

为了最大限度地利用其低偏置(通常小于1 μ V), LTC2054和LTC2055在近轨到轨输入共模范围内具有高CMRR(典型130dB)。共模范围从负电源延伸到正电源下半伏。这意味着即使在低电源电压下,仍然有一个很大的有用输入范围,从负电源延伸到中电源电压以上。此外,在极端温度下,共模范围不会像大多数其他放大器那样大幅减小。

没有性能折衷

通常,像上面提到的这些增强要求电路设计者放弃一些东西。用这些设备是不行的。LTC2054和LTC2055仍然保持其前身的高性能。保持高直流精度,具有一流的3µV最大失调规格和30nV/°C漂移。这种低偏移结合了非常高的CMRR和PSRR,各130dB。高直流增益,典型140dB,允许应用于高增益电路,低剩余增益误差。在0.1 Hz至10Hz频段内,噪声性能达到1.6 μ V的峰值,时钟馈通小于0.2 μ V(RMS),部分原因是输入电流较低。这种性能水平通常体现在功率是LTC2054和LTC2055的5到7倍的放大器上。

所有这些和小尺寸

许多应用不仅要求精度;他们需要最小的包装。为了满足更高密度的需求,双LTC2055采用3mm × 3mm DD封装。这允许在与SOT-23相同的电路板空间中使用两个高精度放大器。LTC2054采用低调的5引脚SOT23 (ThinSOT )封装。电路板空间有限的应用程序不需要牺牲性能。如果空间不是那么昂贵,LTC2055也可以采用MS8封装。

应用程序

当前的传感应用

当今对便携性和节能的追求引起了人们对电流监测的兴趣。图3显示了一个低侧电流检测电路。在本应用中,LTC2054用于缓冲电源分流电阻上的电压,并使用Q1将该电位转换为电流。由于Q1在放大器环路中,R1上的电压与分流电阻上的电压保持相等,且小于1µV。然后,电流通过R3通过Q1路由,以便电平移位输出。


图3。-48V低侧精密电流检测

第二个LTC2054设置输出参考电平,R3为信号增加增益,使V(OUT) = V(SENSE)·R3/R1。电阻R2不直接影响结果,但用于减少由于电路板上的热效应而产生的温度相关电压偏置。这些偏置通常是由不同金属结引起的热电偶造成的,例如电阻引线到焊点和焊点到铜线。额外的偏置可能是由电阻值的变化或放大器输入电流过温引起的。添加匹配元素(如R2)有助于通过在差分输入处创建对称误差来消除这些更改。

由于放大器的输入偏置极低,直流精度得以保持。此外,这些放大器的低输入偏置允许使用低值检测电阻,从而节省系统功率。对于电源电压为10V或更低的类似系统,可以使用两个半LTC2055或LTC2055HV来代替两个ltc2054。

这些放大器的一个不太明显的应用是高侧电流感测。图4展示了一个低功耗、双向精密的高压电流传感器,它可以在高达60V的电源上运行。该电路使用LTC1754-5和1N4686齐纳二极管为LTC2054产生一个高侧参考低压电源。与前面的电路一样,感测电压反射到R1上,通过R3产生与感测电阻中的电流成正比的电流。LTC2054提供精确的增益和低失调,输出电压与R3上的感测电流成正比。


图4。低功耗,双向60V高精度高侧电流检测

LT1787HV电平将感测输出移至地,并提供双向输出能力。LTC2054提供的初始增益为125,确保了尽管使用了精度较低的电平移位电路,但仍能保持精度。与低侧电流检测电路一样,LTC2054的低输入偏置允许使用小的检测电阻而不放弃精度,即使在相对较低的分流电流下也是如此。

光电二极管放大器

图5展示了一个使用LTC2054作为跨阻放大器的电路。光电二极管中的电流在输出端转换成电压。低输入偏置电流和输入噪声电流,结合低电压偏移,提供了一个精确的信号监视器。LTC2054具有低输入偏置和高直流增益的大动态范围,为电路提供了高度的输入灵敏度。此外,LTC2054HV允许±5V电源工作,进一步增加动态范围。


图5。超精密,宽动态范围10Hz带宽光电二极管放大器

结论

LTC2054和LTC2055低漂移运算放大器将低功耗与高精度直流规格相结合。它们需要很小的电路板面积,可采用小封装,包括用于LTC2054的SOT-23-5和用于LTC2055的业界通用的3mm × 3mm DD封装。宽输入共模范围和宽供电范围,允许2.7V和±5V之间的工作提供灵活性。

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