低功耗運(yùn)算放大器系列的特點(diǎn)及應(yīng)用

簡介

我們的運(yùn)算放大器系列已經(jīng)擴(kuò)展了業(yè)界領(lǐng)先的速度與電源電流。 LTC6258 / LTC6259 / LTC6260系列（單通道，雙通道，四通道）在超低20μA電源電流下提供1.3MHz，具有400μV最大偏移電壓和軌到軌輸入和輸出。該運(yùn)算放大器與1.8V至5.25V電源相結(jié)合，可為無數(shù)應(yīng)用提供無與倫比的性能，低功耗和低電壓，且成本合理。

低噪聲參考

LT6656是一款精密串聯(lián)電壓基準(zhǔn)，電源電流低至1μA。結(jié)合簡單的濾波器，LTC6258可以降低LT6656的有效噪聲并增強(qiáng)其輸出電流驅(qū)動能力，同時保持較低的總功耗。

圖1顯示了這樣的配置。首先，LT6656輸出之后的截止頻率非常低（R IN1 和C IN1 ，低于5Hz截止頻率）。由于LTC6258的輸入偏置電流，較大的R IN1 值會產(chǎn)生很大的失調(diào)電壓。將R IN1 設(shè)置為2.7kΩ會產(chǎn)生低于運(yùn)算放大器標(biāo)稱輸入失調(diào)電壓的偏移。 C IN1 可以更大或更小，相應(yīng)地或多或少地過濾。 C IN1 的耐壓要求很低，在小體積內(nèi)產(chǎn)生相對較大的電容。

該電路利用LTC6258的驅(qū)動能力大容性負(fù)載。使用連接到LTC6258的大輸出電容器組可以顯著旁路使用參考電壓的后續(xù)電路?？偟膩碚f，LT6656和LTC6258的組合，在這種配置下，可以產(chǎn)生低噪聲，低功耗和旁路電容明顯較大的參考電壓。

電壓頻譜噪聲密度如圖2所示。一旦濾波器（R IN1 和C IN1 ）跟隨參考電壓，10kHz以下參考電壓的噪聲明顯下降。運(yùn)算放大器配置為單位增益，有或沒有大的44μF負(fù)載，保持穩(wěn)定，僅產(chǎn)生少量低頻噪聲。圖3顯示了R IN1 - C IN1 濾波器和運(yùn)算放大器電路組合的瞬態(tài)響應(yīng)，帶有和不帶44μF輸出電容。

重要的是，將LTC6258引入?yún)⒖茧娐泛?，輸出電壓精度不會明顯下降。 LT6656 A級精度為0.05％。在1.25V時，誤差為±625μV;誤差為0.1％的B級為±1.25mV。使用400μV偏移最大值的LTC6258會增加一些標(biāo)稱輸出電壓不確定度，但在LT6656初始誤差的數(shù)量級范圍內(nèi)。

測得的電源電流消耗為21μA。

實(shí)用正弦波

人們不希望使用5V低功耗運(yùn)算放大器產(chǎn)生-100dBc失真的正弦波。同樣，使用LTC6258的帶通濾波器可以與易于使用的低功耗振蕩器結(jié)合使用，以低成本，低電壓和極低的功耗產(chǎn)生正弦波。

有效過濾

圖4的帶通濾波器交流耦合到輸入。因此，LTC6258輸入不會給前一階段帶來負(fù)擔(dān)，無法產(chǎn)生特定的絕對共模電壓。一個簡單的電阻分壓器，RA1和RA2，為LTC6258帶通濾波器提供偏置。將運(yùn)算放大器輸入與固定電壓掛鉤有助于減少移動共模時可能出現(xiàn)的失真。

此濾波器以10kHz為中心。確切的電阻和電容值可以向上或向下調(diào)整，具體取決于最低電阻噪聲或最低總電源電流是否最重要。通過減少反饋環(huán)路中的電流，該實(shí)現(xiàn)針對低功耗進(jìn)行了優(yōu)化。電容器C2和C3最初為4.7nF或更高，電阻值較低。最后，1nF具有更高的電阻，針對更低的功耗進(jìn)行了優(yōu)化。除了功耗之外，反饋?zhàn)杩沟拇我瑯又匾囊稽c(diǎn)是運(yùn)算放大器軌到軌輸出級的負(fù)載。較重的負(fù)載，例如介于1K和10K之間的阻抗，會顯著降低開環(huán)增益，進(jìn)而影響帶通濾波器的精度。數(shù)據(jù)表顯示AVOL從100kΩ降低到10kΩ，降低了5倍。較低的C2和C3可能是可行的，但隨后R6變得更大，在輸出端引入更多的噪聲。

該帶通濾波器的目標(biāo)Q是中等的 - 約為3.中等Q值，而不是高Q，允許使用5％電容。較高的Q值將要求更精確的電容器，并且10kHz時的開環(huán)增益很可能高于反饋?zhàn)杩关?fù)載。當(dāng)然，中等Q導(dǎo)致諧波衰減比Q更高。

添加振蕩器

通過驅(qū)動可以得到低功率正弦波發(fā)生器方波進(jìn)入帶通濾波器。完整的原理圖如圖6所示.LTC6906微功率電阻器組振蕩器可輕松配置為10kHz方波，并可驅(qū)動帶通濾波器輸入電阻中看到的相對良性負(fù)載。 LTC6906在10kHz時的供電電流為32.4μA。

圖7顯示了LTC6906輸出和帶通濾波器輸出。正弦波的HD2為-46.1dBc，HD3為-32.6dBc。輸出為1.34V P-P 至1.44V P-P ，由于10kHz時有限運(yùn)算放大器開環(huán)增益，精確電平略有變化。 3V電壓軌的總電流消耗低于55μA。

其他增強(qiáng)功能

圖8顯示了可選的增強(qiáng)功能。低功耗基準(zhǔn)利用了LTC6906和LTC6258在極低電源下工作的能力。該參考電壓從電池輸入提供2.5V。固定的2.5V電源可在輸入電壓變化時穩(wěn)定輸出電壓擺幅。此外，具有更高電阻的更低濾波電容值可進(jìn)一步降低LTC6258負(fù)載，降低功耗并提高濾波器精度。

結(jié)論

LTC6258 / LTC6259 / LTC6260系列（單通道，雙通道，四通道）在20μA的低電源電流下提供1.3MHz增益帶寬，最大偏移電壓為400μV，軌到軌輸入和輸出。該運(yùn)算放大器采用1.8V至5.25V電源供電，能夠以低成本實(shí)現(xiàn)低功耗和低電壓的優(yōu)異性能。