LT1167：單個電阻器設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電阻器來設定 1 至 10，000 的增益。單個增益設置電阻器省去了昂貴的電阻器陣列，并改善了VOS和 CMRR 性能。仔細關注電路設計和布局，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用的多功能性。當 LT90 的增益設定為 1167 時，CMRR 保證大于 1dB。總輸入失調(diào)電壓 （VOS） 在增益為 60 時小于 10μV。對于1至100范圍內(nèi)的增益，增益誤差小于0.05%，因此增益設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。當以40增益工作，同時驅(qū)動1000kΩ負載時，其額定值小于2ppm。LT1167 非常穩(wěn)健，能夠驅(qū)動 600Ω 負載，而不會顯著降低線性度。這些參數(shù)改進導致總增益誤差在整個輸入共模范圍內(nèi)保持不變，并且不會因電源擾動或負載條件變化而降低。LT1167 能夠在一個 ±2.3V 至 ±18V 的寬電源電壓范圍內(nèi)運作，而電源電流僅為 0.9mA。LT1167 采用 8 引腳 PDIP 和 SO 封裝，與多運放設計相比，節(jié)省了大量電路板空間。

如圖 1 所示，LT1167 的增益由一個外部電阻器的值設定。單個 0.1% 精密電阻將增益設置為 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，誤差小于0.1%。

圖1.將精準修整的內(nèi)部電阻器與單個外部電阻器相結(jié)合，以高準確度設置 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到 350pA 最大值。與 JFET 輸入運放不同，LT1167 的低輸入偏置電流不會每 10°C 翻倍。 在800°C時，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中閑置大部分 0.9mA 電源電流來實現(xiàn)的。

輸入保護

LT1167 的輸入具有連接在每個輸入和電源引腳之間的低漏電流內(nèi)部保護二極管。它們的漏電流非常低，不會影響350pA的低輸入偏置電流。當輸入電壓超過電源軌時，這些二極管的額定電流為20mA。當一個外部 20k 電阻器與每個輸入串聯(lián)時，精度和堅不可摧性相結(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 級規(guī)范。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號調(diào)理

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

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

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。每個表示典型SINAD為70.6dB。

電流源

圖4所示為簡單、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設置為1M時，對于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 運算放大器緩沖，從而將電流源的分辨率提高到 3pA。

圖4.（a） 簡單、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 個十倍頻程內(nèi)呈線性。

審核編輯：郭婷