LT1789-1/LT1789-10：微功耗單電源軌到軌輸出儀表放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇性能優(yōu)異的儀表放大器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下 Linear Technology 公司推出的 LT1789-1/LT1789-10 微功耗單電源軌到軌輸出儀表放大器。

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一、產(chǎn)品概述

LT1789-1/LT1789-10 專為 2.2V 至 36V 的單電源操作而優(yōu)化，具有微功耗特性，最大靜態(tài)電流僅 95μA。其輸入共?？芍恋兀敵鰯[幅能接近地 110mV。增益通過(guò)單個(gè)外部電阻設(shè)置，LT1789-1 的增益范圍為 1 至 1000，LT1789-10 為 10 至 1000。

二、特性亮點(diǎn)

（一）低功耗與高精度

• 微功耗：最大 95μA 的電源電流，非常適合對(duì)功耗要求嚴(yán)格的便攜式設(shè)備。這意味著在電池供電的應(yīng)用中，能顯著延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，減少頻繁充電的麻煩。
• 低輸入失調(diào)電壓及漂移：最大輸入失調(diào)電壓 100μV，最大輸入失調(diào)電壓漂移 0.5μV/°C，確保了在不同溫度環(huán)境下的高精度測(cè)量。例如在一些對(duì)溫度變化敏感的測(cè)量系統(tǒng)中，這種低漂移特性能夠有效減少誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
• 高增益精度：在增益為 10 時(shí)，最小共模抑制比（CMRR）達(dá) 96dB，最大增益誤差僅 0.25%，最大增益非線性為 40ppm。這使得放大器在處理信號(hào)時(shí)能夠準(zhǔn)確地放大，減少信號(hào)失真，保證輸出信號(hào)的質(zhì)量。

（二）寬電源范圍與高抗干擾能力

• 寬電源范圍：2.2V 至 36V 的總電源范圍，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。無(wú)論是采用低電壓的電池供電，還是高電壓的工業(yè)電源，都能穩(wěn)定工作。
• 高 PSRR：在增益為 10 時(shí)，最小電源抑制比（PSRR）為 100dB，能有效抑制電源波動(dòng)對(duì)輸出信號(hào)的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（三）低噪聲性能

• 低電壓噪聲：1kHz 電壓噪聲為 48nV/√Hz，0.1Hz 至 10Hz 噪聲為 1.5μVP - P，減少了噪聲對(duì)信號(hào)的干擾，提高了信號(hào)的清晰度。在一些對(duì)噪聲要求極高的應(yīng)用中，如醫(yī)療儀器中的微弱信號(hào)檢測(cè)，這種低噪聲性能能夠確保檢測(cè)到的信號(hào)真實(shí)可靠。

（四）其他特性

• 輸入偏置電流小：最大輸入偏置電流 40nA，對(duì)輸入信號(hào)的影響極小。
• 輸出電容負(fù)載能力強(qiáng)：LT1789-1 能處理高達(dá) 400pF 的電容負(fù)載，LT1789-10 能處理 1000pF 的電容負(fù)載，增強(qiáng)了放大器的驅(qū)動(dòng)能力。
• ESD 保護(hù)：輸入具有高達(dá) 10kV（人體模型）的 ESD 保護(hù)，提高了器件的可靠性，減少了因靜電放電而損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

三、典型應(yīng)用

（一）便攜式儀器

其微功耗特性使得 LT1789-1/LT1789-10 非常適合用于便攜式儀器，如便攜式醫(yī)療設(shè)備、野外測(cè)量?jī)x器等。在這些設(shè)備中，電池續(xù)航是一個(gè)關(guān)鍵因素，低功耗的放大器能夠延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間，提高設(shè)備的實(shí)用性。

（二）電橋放大器與應(yīng)變計(jì)放大器

在電橋和應(yīng)變計(jì)測(cè)量中，需要高精度的放大器來(lái)檢測(cè)微小的信號(hào)變化。LT1789-1/LT1789-10 的低失調(diào)電壓、高增益精度和低噪聲性能，能夠準(zhǔn)確地放大這些微小信號(hào)，提高測(cè)量的精度。

（三）熱電偶放大器

熱電偶輸出的信號(hào)通常比較微弱，且容易受到噪聲和溫度變化的影響。LT1789-1/LT1789-10 的低噪聲和低失調(diào)電壓漂移特性，能夠有效地處理熱電偶信號(hào)，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

（四）差分轉(zhuǎn)單端轉(zhuǎn)換器

在一些系統(tǒng)中，需要將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。LT1789-1/LT1789-10 可以方便地實(shí)現(xiàn)這一功能，并且能夠保證轉(zhuǎn)換后的信號(hào)質(zhì)量。

（五）醫(yī)療儀器

醫(yī)療儀器對(duì)精度和可靠性要求極高。LT1789-1/LT1789-10 的高精度、低噪聲和高抗干擾能力，使其在醫(yī)療儀器中得到廣泛應(yīng)用，如心電圖機(jī)、血壓計(jì)等。

四、電氣特性分析

（一）增益設(shè)置

• LT1789-1 的增益公式為 (G = 1 + (200k/R_G))，LT1789-10 的增益公式為 (G = 10 cdot [1 + (200k/R_G)])。通過(guò)改變外部電阻 (R_G) 的值，可以方便地設(shè)置所需的增益。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，選擇合適的 (R_G) 值來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的增益。
• 在不同的電源電壓和溫度條件下，增益誤差和增益非線性會(huì)有所變化。例如，在 (V_S = 3V) 或 (V_S = 5V) 時(shí)，增益誤差和增益非線性都有相應(yīng)的指標(biāo)要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要根據(jù)實(shí)際的工作條件，考慮這些因素對(duì)增益的影響。

（二）失調(diào)電壓

• 放大器的失調(diào)電壓包括輸入失調(diào)和輸出失調(diào)兩部分?？傒斎胧д{(diào)電壓為輸入失調(diào)加上（輸出失調(diào) / 增益），總輸出失調(diào)電壓為（輸入失調(diào) × 增益）+ 輸出失調(diào)。在高增益時(shí)，輸入失調(diào)電壓起主導(dǎo)作用；在低增益時(shí)，輸出失調(diào)電壓起主導(dǎo)作用。了解失調(diào)電壓的特性，有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施來(lái)減小失調(diào)電壓的影響，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

（三）噪聲特性

• 輸入噪聲電壓和電流在不同頻率下有不同的表現(xiàn)。例如，在 1kHz 時(shí)，輸入噪聲電壓密度為 48nV/√Hz 至 90nV/√Hz，輸入噪聲電流密度為 62fA/√Hz。在設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的放大器和電路布局，以降低噪聲對(duì)信號(hào)的影響。

（四）其他電氣特性

• 輸入電阻、輸入電容、共模抑制比、電源抑制比等電氣特性也會(huì)影響放大器的性能。在設(shè)計(jì)中，我們需要綜合考慮這些因素，確保放大器在各種工作條件下都能穩(wěn)定可靠地工作。

五、典型性能曲線

文檔中給出了豐富的典型性能曲線，如輸入偏置電流與溫度、電源電壓、共模輸入電壓的關(guān)系，輸出電壓擺幅與負(fù)載電流的關(guān)系，增益與頻率的關(guān)系等。這些曲線直觀地展示了放大器在不同條件下的性能表現(xiàn)，有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)中更好地選擇工作點(diǎn)和優(yōu)化電路參數(shù)。例如，通過(guò)查看輸出電壓擺幅與負(fù)載電流的曲線，我們可以了解放大器在不同負(fù)載情況下的輸出能力，從而選擇合適的負(fù)載電阻，確保放大器能夠正常工作。

六、應(yīng)用信息與注意事項(xiàng)

（一）增益設(shè)置

通過(guò)外部電阻 (R_G) 可以方便地設(shè)置增益。在實(shí)際操作中，我們需要根據(jù)所需的增益計(jì)算出合適的 (R_G) 值。對(duì)于最低可實(shí)現(xiàn)增益，可以將 (R_G) 設(shè)為無(wú)窮大（即引腳 1 和 8 開(kāi)路）。在選擇 (R_G) 時(shí)，要注意其精度和穩(wěn)定性，因?yàn)?(R_G) 的變化會(huì)直接影響增益的準(zhǔn)確性。

（二）輸入和輸出失調(diào)電壓

了解失調(diào)電壓的組成和特性，有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施來(lái)減小失調(diào)電壓的影響。例如，在高增益應(yīng)用中，要特別關(guān)注輸入失調(diào)電壓；在低增益應(yīng)用中，要注意輸出失調(diào)電壓?？梢酝ㄟ^(guò)選擇高精度的放大器、優(yōu)化電路布局等方式來(lái)減小失調(diào)電壓。

（三）參考端子

輸出電壓參考于參考端子（引腳 5）上的電壓。為了獲得最佳的共模抑制比，必須盡量減小與 REF 引腳串聯(lián)的電阻。例如，從 REF 引腳到地的 22Ω 電阻會(huì)增加增益誤差并降低 CMRR。在設(shè)計(jì)中，我們可以采用低阻抗的電源來(lái)驅(qū)動(dòng) REF 引腳，以提高共模抑制比和降低增益誤差。

（四）輸出失調(diào)調(diào)整

通常情況下，LT1789-1/LT1789-10 經(jīng)過(guò)激光微調(diào)，大多數(shù)應(yīng)用無(wú)需外部失調(diào)調(diào)整。但在需要調(diào)整失調(diào)時(shí)，可以使用如文檔中所示的可選失調(diào)調(diào)整電路。在使用調(diào)整電路時(shí)，要注意調(diào)整的范圍和精度，避免過(guò)度調(diào)整導(dǎo)致其他性能指標(biāo)下降。

（五）輸入偏置電流返回路徑

由于放大器的輸入偏置電流低且輸入阻抗高，在放大純差分信號(hào)時(shí)，必須為兩個(gè)輸入的偏置電流提供返回路徑。否則，輸入會(huì)浮空并超出輸入共模范圍，導(dǎo)致輸入級(jí)飽和。可以采用如文檔中所示的三種方法來(lái)提供輸入偏置電流路徑，根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的方法。

（六）輸出電壓與輸入共模電壓

為確保在給定輸入共模電壓和輸入差分電壓下有有效輸出，需要考慮四個(gè)限制因素：輸入放大器的輸入電壓范圍、輸出擺幅，輸出放大器的輸入電壓范圍和輸出擺幅。在設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)這些限制因素來(lái)選擇合適的工作點(diǎn)和電路參數(shù)，以確保放大器能夠正常工作。

（七）單電源操作

在處理差分信號(hào)時(shí)，REF 引腳必須高于負(fù)電源，以允許輸出處理正負(fù)輸入信號(hào)。將 REF 引腳電壓設(shè)置為半電源可獲得最大輸出工作范圍。在處理單端輸入信號(hào)時(shí)，REF 引腳可以與負(fù)電源等電位，但要確保輸出在指定工作范圍內(nèi)。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)輸入信號(hào)的類型和特點(diǎn)，合理設(shè)置 REF 引腳的電壓，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能。

七、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用電路，如單電源正積分器、雪崩光電二極管模塊偏置電流監(jiān)測(cè)器、電壓控制電流源、10°C 至 40°C 溫度計(jì)等。這些電路展示了 LT1789-1/LT1789-10 在不同領(lǐng)域的具體應(yīng)用，為我們的設(shè)計(jì)提供了參考。在使用這些電路時(shí)，我們可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮蛢?yōu)化，以滿足具體的應(yīng)用要求。

八、總結(jié)

LT1789-1/LT1789-10 以其微功耗、高精度、寬電源范圍、低噪聲等優(yōu)異特性，在便攜式儀器、傳感器信號(hào)放大、醫(yī)療儀器等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以充分利用其特性，提高電路的性能和可靠性。同時(shí)，在應(yīng)用過(guò)程中，要注意參考文檔中的應(yīng)用信息和注意事項(xiàng)，確保放大器能夠正常工作。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否也遇到過(guò)類似的放大器選擇和應(yīng)用問(wèn)題呢？可以一起交流分享經(jīng)驗(yàn)。