LT1167：?jiǎn)蝹€(gè)電阻器設(shè)定最佳儀表放大器的增益

作者：Alexander Strong and Kevin Hoskins

凌力爾特的下一代 LT1167 儀表放大器采用單個(gè)電阻器來設(shè)定 1 至 10，000 的增益。單個(gè)增益設(shè)置電阻器省去了昂貴的電阻器陣列，并改善了VOS和 CMRR 性能。仔細(xì)關(guān)注電路設(shè)計(jì)和布局，結(jié)合激光調(diào)整，大大提高了CMRR、PSRR、增益誤差和非線性度，最大限度地提高了應(yīng)用的多功能性。當(dāng) LT90 的增益設(shè)定為 1167 時(shí)，CMRR 保證大于 1dB?？傒斎胧д{(diào)電壓 （VOS） 在增益為 60 時(shí)小于 10μV。對(duì)于1至100范圍內(nèi)的增益，增益誤差小于0.05%，因此增益設(shè)置電阻容差是增益誤差的主要來源。與其他單片式解決方案相比，LT1167 的增益非線性度是無與倫比的。當(dāng)以40增益工作，同時(shí)驅(qū)動(dòng)1000kΩ負(fù)載時(shí)，其額定值小于2ppm。LT1167 非常穩(wěn)健，能夠驅(qū)動(dòng) 600Ω 負(fù)載，而不會(huì)顯著降低線性度。這些參數(shù)改進(jìn)導(dǎo)致總增益誤差在整個(gè)輸入共模范圍內(nèi)保持不變，并且不會(huì)因電源擾動(dòng)或負(fù)載條件變化而降低。LT1167 能夠在一個(gè) ±2.3V 至 ±18V 的寬電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)作，而電源電流僅為 0.9mA。LT1167 采用 8 引腳 PDIP 和 SO 封裝，與多運(yùn)放設(shè)計(jì)相比，節(jié)省了大量電路板空間。

如圖 1 所示，LT1167 的增益由一個(gè)外部電阻器的值設(shè)定。單個(gè) 0.1% 精密電阻將增益設(shè)置為 1 至 10，從而獲得優(yōu)于 0.14% 的精度。在非常高的增益（≥1000）下，使用0.2%精密電阻時(shí)，誤差小于0.1%。

圖1.將精準(zhǔn)修整的內(nèi)部電阻器與單個(gè)外部電阻器相結(jié)合，以高準(zhǔn)確度設(shè)置 LT1167 增益。

低輸入偏置電流和噪聲電壓

LT1167 將 FET 輸入放大器的 pA 輸入偏置電流與雙極性放大器的低輸入噪聲電壓特性相結(jié)合。采用超 β 輸入晶體管，LT1167 的輸入偏置電流在室溫下僅達(dá)到 350pA 最大值。與 JFET 輸入運(yùn)放不同，LT1167 的低輸入偏置電流不會(huì)每 10°C 翻倍。 在800°C時(shí)，偏置電流保證小于85pA。 7.5nV√Hz （1kHz） 的低噪聲電壓是通過在輸入級(jí)中閑置大部分 0.9mA 電源電流來實(shí)現(xiàn)的。

輸入保護(hù)

LT1167 的輸入具有連接在每個(gè)輸入和電源引腳之間的低漏電流內(nèi)部保護(hù)二極管。它們的漏電流非常低，不會(huì)影響350pA的低輸入偏置電流。當(dāng)輸入電壓超過電源軌時(shí)，這些二極管的額定電流為20mA。當(dāng)一個(gè)外部 20k 電阻器與每個(gè)輸入串聯(lián)時(shí)，精度和堅(jiān)不可摧性相結(jié)合。由于來自 LT320 的 1167pA 失調(diào)電流乘以 20k 輸入電阻器，因此失調(diào)電壓損失很小，因此額外的失調(diào)電壓損失小于 7μV。利用 20k 電阻器，LT1167 能夠處理超過 400kV 的 ±4VDC 輸入故障和 ESD 尖峰。這通過了 IEC 1000-4-2 2 級(jí)規(guī)范。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號(hào)調(diào)理

在許多工業(yè)系統(tǒng)中，差分輸入用于消除接地環(huán)路并抑制長(zhǎng)線路上的噪聲。圖 1167 顯示了將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)的 LT2。然后利用一個(gè)無源一階 RC 低通濾波器對(duì)單端信號(hào)進(jìn)行濾波，并施加于 LTC1 1400 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）。LT12 的輸出級(jí)能夠輕松驅(qū)動(dòng) ADC 的小標(biāo)稱輸入電容，從而保持信號(hào)完整性。圖1167顯示了放大器/ADC輸出的兩個(gè)FFT。圖 3a 和圖 3b 分別顯示了在單位增益和 3 個(gè)增益下操作 LT1167 的結(jié)果。在這兩種情況下，典型的SINAD均為70.6dB。

圖2.LT1167 的動(dòng)態(tài)性能使其能夠?qū)⒉罘中盘?hào)轉(zhuǎn)換為 12 位 LTC1400 的單端信號(hào)。

圖3.這些圖分別顯示了在單位增益 （a） 和增益 1167 （b） 下操作 LT10 的結(jié)果。每個(gè)表示典型SINAD為70.6dB。

電流源

圖4所示為簡(jiǎn)單、精確、低功耗可編程電流源。引腳 2 和 3 上的差分電壓在 R 上鏡像G.R兩端的電壓G放大并施加在R1兩端，定義輸出電流。例如，打開 RG將R1設(shè)置為1M時(shí)，對(duì)于30V至10V的輸入電壓，輸出電流范圍為0pA至10μA。范圍的底部受電路噪聲限制。該電路可分別通過施加正差分或負(fù)差分電壓作為電流源或灌電流工作。從 REF 引腳 （引腳 50） 流出的 5μA 偏置電流由 LT1464 JFET 運(yùn)算放大器緩沖，從而將電流源的分辨率提高到 3pA。

圖4.（a） 簡(jiǎn)單、精確、3pA 分辨率、低功耗可編程電流源和 （b） 電流源的輸出在 8 個(gè)十倍頻程內(nèi)呈線性。

審核編輯：郭婷