LTC1051/LTC1053：高性能低成本零漂移運(yùn)算放大器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器是至關(guān)重要的基礎(chǔ)元件。今天，我們就來深入探討一下凌力爾特公司（Linear Technology）推出的LTC1051/LTC1053雙/四通道精密零漂移運(yùn)算放大器。

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1. 器件概述

LTC1051/LTC1053是高性能、低成本的雙/四通道零漂移運(yùn)算放大器。其獨(dú)特之處在于將通常需要外部配置的采樣保持電容集成到了芯片內(nèi)部。與其他帶有或不帶有內(nèi)部采樣/保持電容的斬波穩(wěn)定放大器相比，LTC1051/LTC1053在直流和交流性能的綜合表現(xiàn)上更為出色。

2. 特性亮點(diǎn)

2.1 電氣特性

• 低失調(diào)電壓與低漂移：最大失調(diào)電壓僅為5μV，最大失調(diào)電壓漂移為0.05μV/°C，典型失調(diào)電壓0.5μV，漂移0.01μV/°C ，能夠有效降低誤差，提高系統(tǒng)的精度。
• 低噪聲：在0.1Hz至10Hz頻段，噪聲僅為1.5μVP - P，為對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用提供了良好的信號(hào)質(zhì)量。
• 高增益與高共模抑制比：最小電壓增益達(dá)120dB，最小電源抑制比（PSRR）為120dB，最小共模抑制比（CMRR）為114dB，保證了信號(hào)的放大和抗干擾能力。
• 低功耗：每個(gè)運(yùn)放的供電電流僅1mA，適用于對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 寬電源范圍：支持單電源4.75V至16V的供電，輸入共模范圍包含地，輸出可擺至地，增強(qiáng)了電路設(shè)計(jì)的靈活性。
• 快速過載恢復(fù)：典型過載恢復(fù)時(shí)間為3ms，能快速?gòu)倪^載狀態(tài)恢復(fù)正常工作。

2.2 封裝形式

LTC1051有8引腳標(biāo)準(zhǔn)塑料雙列直插封裝（PDIP）以及16引腳SW封裝；LTC1053有標(biāo)準(zhǔn)14引腳塑料封裝和18引腳SO封裝。并且，它們與大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)雙/四通道運(yùn)放引腳兼容，方便進(jìn)行替換升級(jí)。

3. 典型應(yīng)用

3.1 高性能低成本儀表放大器

通過合理配置電阻R1 = 499Ω（0.1%）和R2 = 100k（0.1%），可以實(shí)現(xiàn)增益為201的儀表放大器。實(shí)測(cè)CMRR約120dB，輸入失調(diào)電壓3μV，輸入噪聲2μVP - P（DC - 10Hz）。

3.2 其他應(yīng)用場(chǎng)景

• 熱電偶放大器：可用于精確放大熱電偶產(chǎn)生的微弱信號(hào)。
• 電子秤：保證稱重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
• 醫(yī)療儀器：滿足醫(yī)療設(shè)備對(duì)高精度信號(hào)處理的要求。
• 應(yīng)變計(jì)放大器：對(duì)微小應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行有效放大。
• 高分辨率數(shù)據(jù)采集：為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供高精度的信號(hào)放大。
• 直流精確RC有源濾波器：實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率信號(hào)的濾波處理。

4. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

4.1 實(shí)現(xiàn)皮安/微伏級(jí)性能

• 熱電動(dòng)勢(shì)誤差：在電路板布局和元件選擇時(shí)，要盡量減少放大器輸入信號(hào)路徑中的結(jié)點(diǎn)數(shù)量，避免使用連接器、插座、開關(guān)和繼電器等。若無法避免，應(yīng)平衡結(jié)點(diǎn)的數(shù)量和類型，以實(shí)現(xiàn)差分抵消。
• 泄漏電流：為實(shí)現(xiàn)皮安級(jí)精度，要使用高質(zhì)量的絕緣材料（如聚四氟乙烯、Kel - F），清潔絕緣表面以去除助焊劑和其他殘留物，在高濕度環(huán)境中可能需要進(jìn)行表面涂層處理。
• 電阻熱電動(dòng)勢(shì)：不同類型的電阻產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)不同，如氧化錫電阻約為mV/°C，碳合成電阻約為450μV/°C，金屬膜電阻約為20μV/°C，線繞電阻（Evenohm、錳銅）約為2μV/°C 。應(yīng)盡量選擇熱電動(dòng)勢(shì)小的電阻，并注意電阻兩端的溫度梯度。
• 輸入偏置電流與時(shí)鐘饋通：在環(huán)境溫度低于60°C時(shí)，輸入偏置電流主要由運(yùn)放輸入失調(diào)電壓采樣和保持期間的少量電荷注入決定，平均電流脈沖值為10pA至15pA。當(dāng)溫度升高到85°C以上時(shí)，輸入保護(hù)器件的泄漏電流占主導(dǎo)。時(shí)鐘饋通會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)小尖峰，可通過降低增益設(shè)置電阻值或在反饋電阻兩端添加電容來衰減。
• 輸入電容：LTC1051/LTC1053的輸入電容約為12pF。當(dāng)反饋系數(shù)接近1時(shí)，在工業(yè)溫度范圍反饋電阻值不應(yīng)超過7k，在軍事溫度范圍不應(yīng)超過5k。若需要更高的反饋電阻值，應(yīng)在反饋電阻兩端并聯(lián)20pF的電容。

4.2 作為交流放大器的應(yīng)用

LTC1051/LTC1053不僅具有出色的直流特性，還具備高效的交流性能。在單5V電源下，每個(gè)運(yùn)放典型功耗為0.5mA，增益帶寬積可達(dá)1.8MHz，壓擺率為3V/μs。但在交流應(yīng)用中需要注意“混疊”現(xiàn)象：

• 混疊信號(hào)定義：混疊信號(hào)的頻率一般為 (nf{CLK} pm mf{IN})，其中 (nf{CLK}) 是斬波穩(wěn)定運(yùn)放的內(nèi)部采樣頻率及其諧波，(mf{IN}) 是輸入信號(hào)的頻率及其諧波。
• 混疊發(fā)生條件：當(dāng)輸出混疊信號(hào)幅度達(dá)到輸出信號(hào)的0.01%或更高時(shí)，可認(rèn)為發(fā)生了混疊。近似最小混疊輸入信號(hào)頻率等于內(nèi)部時(shí)鐘頻率乘以運(yùn)放反饋系數(shù)的平方根。
• 混疊信號(hào)特點(diǎn)：輸入信號(hào)頻率增加時(shí)，混疊信號(hào)數(shù)量增多；當(dāng)輸入信號(hào)頻率小于時(shí)鐘頻率時(shí)，混疊信號(hào)幅度與輸入信號(hào)幅度成正比；當(dāng)輸入信號(hào)頻率遠(yuǎn)超過時(shí)鐘頻率時(shí)，混疊信號(hào)幅度不直接與輸入幅度成正比，且輸出擺幅接近電源軌時(shí)，“信號(hào)與混疊比”會(huì)增加。對(duì)于單位增益反相配置，所有混疊頻率比輸出信號(hào)低80dB至84dB；增益高于 - 1時(shí)，“信號(hào)與混疊比”約以每十倍閉環(huán)增益 - 6dB的速率下降；閉環(huán)增益為 - 10或更高時(shí)，反饋增益設(shè)置電阻值超過50k會(huì)導(dǎo)致“信號(hào)與混疊比”下降；作為同相放大器時(shí)，閉環(huán)增益為10（V/V）及以下時(shí)，“信號(hào)與混疊比”比反相情況低1dB至3dB，閉環(huán)增益為100（V/V）時(shí)，可能下降多達(dá)9dB。

5. 典型應(yīng)用電路示例

5.1 獲得超低失調(diào)電壓漂移和低噪聲

通過雙斬波運(yùn)放緩沖A1的輸入，并校正其失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移。使用不同的運(yùn)放（如LT1007、LT1012）搭配不同的電阻和電容值，可以實(shí)現(xiàn)不同的噪聲性能。實(shí)測(cè)典型輸入失調(diào)電壓小于2μV。

5.2 并聯(lián)斬波運(yùn)放改善噪聲

將多個(gè)LTC1053運(yùn)放并聯(lián)，可以降低輸入直流 - 10Hz噪聲，輸入噪聲約為每個(gè)并聯(lián)運(yùn)放噪聲的1/√3。

5.3 差分電壓到電流轉(zhuǎn)換器

實(shí)現(xiàn)差分電壓到電流的轉(zhuǎn)換，輸出電流 (I_{OUT} = 2(V2 - V1)/RG)，帶寬為100Hz，最大輸出電流為1mA。

5.4 多路復(fù)用差分溫度計(jì)

可用于測(cè)量差分溫度，輸出精度在25°C至150°C范圍內(nèi)為±0.1%，輸出為10mV/°C。

5.5 六十年對(duì)數(shù)放大器

實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算，輸出 (V{OUT} = LOG V{IN} - 2V) 。

5.6 雙儀表放大器

具有高共模抑制比（CMRR > 100dB），輸入失調(diào)電壓約3μV，輸入?yún)⒖荚肼暭s2μVP - P。

5.7 線性化鉑信號(hào)調(diào)理器

可將鉑電阻傳感器的信號(hào)進(jìn)行線性化處理，實(shí)現(xiàn)0°C至400°C對(duì)應(yīng)0V至4V的輸出，精度可達(dá)±0.05°C。

5.8 直流精確三階100Hz巴特沃斯抗混疊濾波器

寬帶噪聲9μVRMS，總諧波失真加噪聲（THD + NOISE）約為0.0012%（1VRMS < VIN < 2VRMS，VS = ±8V），輸出失調(diào)電壓 (V_{OS}( OUT )<5 mu V) 。

5.9 直流精確18位四階抗混疊貝塞爾（線性相位）100Hz低通濾波器

寬帶RMS噪聲4.5μVRMS，THD + NOISE約為0.0005%（2VRMS ≤VIN ≤3VRMS），輸出失調(diào)電壓 (V_{OS}( OUT )<10 mu V) 。

6. 相關(guān)部件

凌力爾特公司還提供了一系列相關(guān)的零漂移運(yùn)放產(chǎn)品，如LTC1047、LTC1049、LTC1050、LTC2050/LTC2051/LTC2052、LTC2053等，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總之，LTC1051/LTC1053以其出色的性能和豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師在設(shè)計(jì)高精度、低噪聲、低功耗的電路時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理利用其特性，并注意相關(guān)的應(yīng)用注意事項(xiàng)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。大家在使用過程中有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨(dú)特的應(yīng)用呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。