作者：Philip Karantzalis, Aaron Schultz, and Catherine Chang

我們的運(yùn)算放大器系列以業(yè)界領(lǐng)先的速度與電源電流的關(guān)系進(jìn)行了擴(kuò)展。LTC6258 / LTC6259 / LTC6260 系列 （單通道、雙通道、四通道） 在一個(gè) 20μA 的超低電源電流條件下提供了 1.3MHz 的電流，具有 400μV 的最大失調(diào)電壓和軌至軌輸入和輸出。結(jié)合1.8V至5.25V電源，該運(yùn)算放大器支持無(wú)數(shù)需要以低功耗和低電壓、合理成本實(shí)現(xiàn)性能不折不扣的應(yīng)用。

低噪聲基準(zhǔn)電壓源

LT?6656 是一款具一個(gè) 1μA 低電源電流的精準(zhǔn)串聯(lián)電壓基準(zhǔn)。結(jié)合一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波器，LTC6258 能夠降低 LT6656 的有效噪聲并增強(qiáng)其輸出電流驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)保持較低的總功耗。

圖 1 顯示了這樣的配置。首先，LT6656 輸出之后有一個(gè)非常低的截止頻率 （R合1和 C合1，低于 5Hz 截止值）。R 的大值合1由于 LTC6258 的輸入偏置電流，可能會(huì)產(chǎn)生顯著的失調(diào)電壓。設(shè)置 R合1至2.7kΩ會(huì)產(chǎn)生低于運(yùn)算放大器標(biāo)稱輸入失調(diào)電壓的失調(diào)。 C合1可以更大或更小，并相應(yīng)地進(jìn)行或多或少的過(guò)濾。C的耐壓要求合1很低，導(dǎo)致電容相對(duì)較大，體積小。

該電路利用了 LTC6258 驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載的能力。使用連接至 LTC6258 的大輸出電容器組可實(shí)現(xiàn)對(duì)使用該基準(zhǔn)電壓的后續(xù)電路的顯著旁路。總的來(lái)說(shuō)，在此配置中，LT6656 和 LTC6258 的組合可產(chǎn)生一個(gè)具有低噪聲、低功率和明顯較大的旁路電容的基準(zhǔn)電壓。

電壓頻譜噪聲密度如圖2所示。一旦濾波器（R合1和 C合1） 遵循引用。運(yùn)算放大器采用單位增益配置，無(wú)論是否具有44μF大負(fù)載，均保持穩(wěn)定，僅產(chǎn)生少量低頻噪聲。圖3顯示了R組合的瞬態(tài)響應(yīng)合1– C合1濾波器和運(yùn)算放大器電路，帶或不帶44μF輸出電容。

重要的是，將 LTC6258 引入基準(zhǔn)電路后，輸出電壓準(zhǔn)確度不會(huì)明顯下降。LT6656 A 級(jí)準(zhǔn)確度為 0.05%。在1.25V時(shí)，誤差為±625μV;誤差為0.1%的B級(jí)為±1.25mV。使用具有 400μV 最大失調(diào)值的 LTC6258 會(huì)增加一些標(biāo)稱輸出電壓的不確定性，但完全在 LT6656 初始誤差的數(shù)量級(jí)之內(nèi)。

測(cè)得的電源電流消耗為 21μA。

實(shí)用正弦波

使用5V低功耗運(yùn)算放大器不會(huì)產(chǎn)生失真為–100dBc的正弦波。盡管如此，采用 LTC6258 的帶通濾波器可與一個(gè)易于使用的低功率振蕩器結(jié)合使用，以低成本、低電壓和極低耗散產(chǎn)生正弦波。

有源濾波器

圖4所示的帶通濾波器交流耦合到輸入端。因此，LTC6258 輸入不會(huì)給前一級(jí)帶來(lái)產(chǎn)生特定絕對(duì)共模電壓的負(fù)擔(dān)。具有 RA1 和 RA2 的簡(jiǎn)單電阻分壓器為 LTC6258 帶通濾波器提供了偏置。將運(yùn)算放大器輸入固定在固定電壓上有助于減少移動(dòng)共模時(shí)可能產(chǎn)生的失真。

該濾波器的中心頻率為10kHz。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還是最低總電源電流最重要。該方案通過(guò)降低反饋環(huán)路中的電流，針對(duì)低耗散進(jìn)行了優(yōu)化。電容C2和C3最初為4.7nF或更高，電阻值較低。最后，具有更高電阻的1nF針對(duì)更低的功耗進(jìn)行了優(yōu)化。除功耗外，反饋?zhàn)杩沟拇我瑯又匾姆矫媸沁\(yùn)算放大器軌到軌輸出級(jí)的負(fù)載。較重的負(fù)載（例如1K至10K阻抗）會(huì)顯著降低開(kāi)環(huán)增益，進(jìn)而影響帶通濾波器的精度。數(shù)據(jù)手冊(cè)表明，AVOL從100kΩ降至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，在輸出端引入更多噪聲。

該帶通濾波器的目標(biāo)Q值適中，約為3。中等 Q 值而不是高 Q 值允許使用 5% 電容。更高的Q值將需要更精確的電容，并且很可能在10kHz時(shí)開(kāi)環(huán)增益高于反饋?zhàn)杩关?fù)載。當(dāng)然，中等Q值比高Q值導(dǎo)致諧波衰減更小。

添加振蕩器

低功耗正弦波發(fā)生器可以通過(guò)將方波驅(qū)動(dòng)到帶通濾波器中來(lái)獲得。完整的原理圖如圖6所示。LTC?6906 微功率電阻器設(shè)置振蕩器可輕松配置為一個(gè) 10kHz 方波，并能夠驅(qū)動(dòng)帶通濾波器輸入電阻器中相對(duì)良性的負(fù)載。LTC6906 在 10kHz 時(shí)的電源電流為 32.4μA。

圖 7 示出了 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 1.34VP-P至 1.44VP-P由于運(yùn)算放大器在10kHz時(shí)的開(kāi)環(huán)增益有限，精確電平略有變化。在 3V 電源軌上，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。一個(gè)低功率基準(zhǔn)利用了 LTC6906 和 LTC6258 采用非常低的電源運(yùn)作的能力。基準(zhǔn)從一個(gè)電池輸入提供 2.5V 電壓。固定的 2.5V 電源可在輸入電壓變化的情況下穩(wěn)定輸出電壓擺幅。此外，即使具有較高電阻的濾波電容器值更低，也會(huì)進(jìn)一步降低 LTC6258 負(fù)載，從而降低耗散并改善濾波器準(zhǔn)確度。

結(jié)論

LTC6258 / LTC6259 / LTC6260 系列 （單通道、雙通道、四通道） 在一個(gè) 20μA 的低電源電流中提供了 1.3MHz 的增益帶寬，并具有 400μV 的最大失調(diào)電壓和軌至軌輸入和輸出。該運(yùn)算放大器與1.8V至5.25V電源相結(jié)合，支持需要高性能、低功耗、低電壓和低成本的應(yīng)用。

審核編輯：郭婷