LT1167：单个电阻器设定最佳仪表放大器的增益

作者：Alexander Strong and Kevin Hoskins

凌力尔特的下一代 LT1167 仪表放大器采用单个电阻器来设定 1 至 10，000 的增益。单个增益设置电阻器省去了昂贵的电阻器阵列，并改善了VOS和 CMRR 性能。仔细关注电路设计和布局，结合激光调整，大大提高了CMRR、PSRR、增益误差和非线性度，最大限度地提高了应用的多功能性。当 LT90 的增益设定为 1167 时，CMRR 保证大于 1dB。总输入失调电压 （VOS） 在增益为 60 时小于 10μV。对于1至100范围内的增益，增益误差小于0.05%，因此增益设置电阻容差是增益误差的主要来源。与其他单片式解决方案相比，LT1167 的增益非线性度是无与伦比的。当以40增益工作，同时驱动1000kΩ负载时，其额定值小于2ppm。LT1167 非常稳健，能够驱动 600Ω 负载，而不会显著降低线性度。这些参数改进导致总增益误差在整个输入共模范围内保持不变，并且不会因电源扰动或负载条件变化而降低。LT1167 能够在一个 ±2.3V 至 ±18V 的宽电源电压范围内运作，而电源电流仅为 0.9mA。LT1167 采用 8 引脚 PDIP 和 SO 封装，与多运放设计相比，节省了大量电路板空间。

如图 1 所示，LT1167 的增益由一个外部电阻器的值设定。单个 0.1% 精密电阻将增益设置为 1 至 10，从而获得优于 0.14% 的精度。在非常高的增益（≥1000）下，使用0.2%精密电阻时，误差小于0.1%。

图1.将精准修整的内部电阻器与单个外部电阻器相结合，以高准确度设置 LT1167 增益。

低输入偏置电流和噪声电压

LT1167 将 FET 输入放大器的 pA 输入偏置电流与双极性放大器的低输入噪声电压特性相结合。采用超 β 输入晶体管，LT1167 的输入偏置电流在室温下仅达到 350pA 最大值。与 JFET 输入运放不同，LT1167 的低输入偏置电流不会每 10°C 翻倍。 在800°C时，偏置电流保证小于85pA。 7.5nV√Hz （1kHz） 的低噪声电压是通过在输入级中闲置大部分 0.9mA 电源电流来实现的。

输入保护

LT1167 的输入具有连接在每个输入和电源引脚之间的低漏电流内部保护二极管。它们的漏电流非常低，不会影响350pA的低输入偏置电流。当输入电压超过电源轨时，这些二极管的额定电流为20mA。当一个外部 20k 电阻器与每个输入串联时，精度和坚不可摧性相结合。由于来自 LT320 的 1167pA 失调电流乘以 20k 输入电阻器，因此失调电压损失很小，因此额外的失调电压损失小于 7μV。利用 20k 电阻器，LT1167 能够处理超过 400kV 的 ±4VDC 输入故障和 ESD 尖峰。这通过了 IEC 1000-4-2 2 级规范。

模数转换器信号调理

在许多工业系统中，差分输入用于消除接地环路并抑制长线路上的噪声。图 1167 显示了将差分信号转换为单端信号的 LT2。然后利用一个无源一阶 RC 低通滤波器对单端信号进行滤波，并施加于 LTC1 1400 位模数转换器 （ADC）。LT12 的输出级能够轻松驱动 ADC 的小标称输入电容，从而保持信号完整性。图1167显示了放大器/ADC输出的两个FFT。图 3a 和图 3b 分别显示了在单位增益和 3 个增益下操作 LT1167 的结果。在这两种情况下，典型的SINAD均为70.6dB。

图2.LT1167 的动态性能使其能够将差分信号转换为 12 位 LTC1400 的单端信号。

图3.这些图分别显示了在单位增益 （a） 和增益 1167 （b） 下操作 LT10 的结果。每个表示典型SINAD为70.6dB。

电流源

图4所示为简单、精确、低功耗可编程电流源。引脚 2 和 3 上的差分电压在 R 上镜像G.R两端的电压G放大并施加在R1两端，定义输出电流。例如，打开 RG将R1设置为1M时，对于30V至10V的输入电压，输出电流范围为0pA至10μA。范围的底部受电路噪声限制。该电路可分别通过施加正差分或负差分电压作为电流源或灌电流工作。从 REF 引脚 （引脚 50） 流出的 5μA 偏置电流由 LT1464 JFET 运算放大器缓冲，从而将电流源的分辨率提高到 3pA。

图4.（a） 简单、精确、3pA 分辨率、低功耗可编程电流源和 （b） 电流源的输出在 8 个十倍频程内呈线性。

审核编辑：郭婷