独特的仪表放大器精确地检测从µV到V的差分电压

放大器 LTC2053

独特的仪表放大器精确地检测从µV到V的差分电压

来源：analog 发布时间：2023-11-30

摘要： LTC2053是业界第一款仪器放大器，具有轨对轨输入/输出和非常高的CMRR(保证共模抑制比110dB)，与增益无关。

LTC2053是业界第一款仪器放大器，具有轨对轨输入/输出和非常高的CMRR(保证共模抑制比为110dB)，与增益无关。这可以精确提取大范围的差分直流信号，从微伏到伏特，在电源之间的任何地方都有共同的模态电压。

LTC2053采用复杂的电荷平衡技术将差分输入电压转换成单端信号。图1以简化的方框图显示了该设备的结构。一组开关通过内部采样电容C(S)提取和存储输入差分电压。这个电荷然后被转移到一个内部保持电容器，C(H)。通过这个操作，差分输入信号从输入共模电压中提取出来，并参考REF引脚的偏压。然后，信号通过连接在非反相配置中的零漂顶放大器进一步放大。输出运放的负输入引脚允许增益可编程性和应用灵活性。图2显示了如何使用外部电阻分频器(R1-R2)编程增益(对于大于单位的增益)，其中增益仅为1 + R2/R1。这些电阻的容差只影响电路的电压增益精度，而不影响CMRR。LTC2053工作电压范围为2.7V至10V，单电源，或±5V双电源。它封装在MS8表面贴装封装中以节省空间，并且在启用时仅消耗1mA的电源电流，在EN引脚禁用时消耗小于10 μ A。

图2 增益高于单位的典型连接:V(OUT) = V(REF) + (DV(IN)·增益)

业界最佳的直流性能

LTC2053采用自动调零技术，最大直流偏置仅为10 μ V，最大DCoffset漂移为50nV/°C。它还具有高精度的3ppm增益非线性和0.001%增益误差值，这是任何其他仪器放大器无法比拟的。tc2053的内部零漂移运放不会显著影响仪表放大器的整体直流误差，因此110db或更高的CMRR与增益无关。这种独特的功能允许LTC2053与低增益一起使用，并且仍然容纳巨大的差分信号动态范围而不损失直流精度-它可以从几伏特到几微伏而不需要任何增益调整。图3显示了两个差分输入一起短路然后从轨道扫向轨道时典型设备的DCoffset。

LTC2053适应轨对轨输入共模电压

LTC2053的输入共模电压范围是从轨到轨，它可以放大直流差分信号，在负到正电源之间的任何电压的共模电压上。结合参考引脚的直流偏置的最大允许差分输入电压由内部零漂移运放的输入共模范围(V(-)至V(+) - 1.3V)决定，可简单表示为:

其中V(+IN)和V(-IN)分别为输入引脚+IN和-IN的电压，V(REF)为REF引脚的电压。

对于单电源操作(V(-) = 0)，最大允许差分输入从- V(REF)到(V(+) - 1.3V - V(REF))。因此，总差分输入电压范围为V(+) - 1.3V。

例如，如果LTC2053使用单个5V电源供电，并且其参考引脚偏置在+2.0V，则单位增益连接的最大差分输入电压V+IN -V (-IN)的范围可以从-2V到1.7V。总输入差分电压范围为V(+) - 1.3V = 3.7V。

在较高的电源电压操作下，输入V(+IN)或V(-IN)与REF之间的电压差应限制在5.5V。例如，对于±5V电源的轨对轨输入操作，REFpin应该在0V±0.5V偏置。或者，如果V(+)为10V和V(-)， REF引脚为0V，则输入不应超过5.5V。

感应电源电流

图4显示LTC2053通过0.1毫欧分流器感应电压调节器的负载电流。仪表放大器的两个输入都靠近正轨。增益为1001，对于5V电源和5V满量程输出，LTC2053输出为轨对轨，该器件可以从100mA (10 μ V输入)一直检测到50A (5mV输入)的电流。在图4中，10k反馈电阻上的0.1µF提供了带宽限制。theLTC2053的轨对轨输入能力使该电路很容易适应也感应接地电流。