LTC2066：超低功耗零漂移运放的卓越选择

LTC2066/LTC2067/LTC2068：超低功耗零漂移运放的卓越选择

在当今的电子设计领域，对于低功耗、高精度的需求愈发迫切。像是在无线传感器网络、便携式仪器等应用中，需要设备在消耗尽可能少的电能下，实现精确的信号测量和处理。而凌力尔特（现属亚德诺半导体）推出的 LTC2066/LTC2067/LTC2068 系列零漂移运算放大器，就很好地满足了这些需求。接下来，我们就详细了解一下这款放大器。

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器件概述

LTC2066/LTC2067/LTC2068 分别为单通道、双通道和四通道的低功耗、零漂移、100kHz 放大器。它们能够在极低的功率水平下实现高分辨率测量，可作为便携式、能量收集和无线传感器应用中信号链的构建模块。

• 低功耗优势：每个放大器的典型电源电流为 7.5µA，最大为 10µA 。而且，其关机模式经过优化，可最大程度降低占空比应用中的功耗，并且在上电期间具有低电荷损耗的特点，有助于减少整个系统的功耗。
• 高精度特性：自校准电路使得输入失调电压极低（最大 5µV ），失调电压漂移也极小（最大 0.02µV/°C ）。最大输入偏置电流仅为 35pA ，在整个指定温度范围内不超过 150pA ，这使得在反馈网络中可以使用高阻值的节能电阻。

性能参数及特点

电气性能

参数	详情
电源电流	每个放大器最大 10μA （典型值 7.5μA ），关机电流最大 170nA
失调电压	最大 5μV ，失调电压漂移最大 0.02μV/°C
输入偏置电流	典型值 5pA ， -40°C 至 85°C 时最大 50pA ， -40°C 至 125°C 时最大 150pA
集成 EMI 滤波器	在 1.8GHz 时可实现 90dB 抑制
电源电压范围	1.7V 至 5.25V
开环增益	典型值 140dB

封装形式

该系列提供多种封装形式，包括 SC70、TSOT23、MS8、DFN10、TSSOP14 和 QFN16 等，方便不同应用场景的选择。

温度范围

指定的温度范围为 -40°C 至 85°C 和 -40°C 至 125°C ，能适应较为广泛的工作环境。

典型应用及案例分析

典型应用场景

• 无线网状网络的信号调理：在无线传感器网络中，需要对微弱的传感器信号进行放大和处理，LTC2066/LTC2067/LTC2068 的低功耗和高精度特性使其能够在有限的电池能量下，实现准确的信号传输。
• 便携式仪器系统：如便携式医疗设备、环境监测仪等，对功耗和精度要求较高，该系列放大器能够满足这些需求，延长设备的续航时间。
• 低功耗传感器调理：像气体检测、温度测量等传感器应用，需要对传感器输出的微小信号进行放大和处理，其低失调电压和低输入偏置电流能够有效减少信号误差。

应用案例分析

精密微功耗低端电流检测

在这个典型应用中，LTC2066 用于检测负载电流。通过合理选择电阻值，可以实现精确的电流测量。其中，VOUT = 10 • ISENSE ，能够将检测到的电流信号转换为对应的电压输出。这里的电阻精度对测量结果至关重要，例如 0.1% 精度的电阻可以有效提高测量的准确性。而某个特殊的电阻还能抵消寄生塞贝克效应电压，进一步提升测量的精度。

低功耗气体传感器电路

该电路用于检测氧气浓度，在 0% 至 30% 的氧气水平范围内工作。在正常大气氧气浓度（20.9% ）下，传感器初始化后标称输出为 1V ，总有源功耗在单轨电源下小于 10.1μA 。由于 LTC2066 的轨到轨输入特性，无需额外的直流电平转换。其极低的输入失调电压（典型值 1μV ，最大值 5μV ），使得可以对 mV 级的输入信号进行大幅放大而不引入显著误差。在这个电路中，使用 0.1% 精度的电阻有助于减少输入失调电压，提高测量精度。

RTD 传感器电路

这个低功耗铂电阻温度探测器（RTD ）传感器电路，在最小 2.6V 的轨电压下，总电源电流仅 43μA ，在室温下精度可达 ±1°C 。LTC2066 极低的典型失调（1μV ）和典型输入偏置电流（5pA ），允许在 RTD 中使用非常低的激励电流，从而减少自热效应，提高测量准确性。电路中使用了 LT5400 - 3 精密匹配电阻网络和 LT6656 - 2.048 参考源，以确保电路的稳定性和准确性。在实际应用中，还需要注意尽量减少热偶效应和选择低温度系数的电阻，以减少整个温度范围内的漂移误差。

设计注意事项

输入噪声

对于输入电压噪声，LTC2066/LTC2067/LTC2068 通过将直流和闪烁噪声外差到更高频率，实现低输入失调电压和 1/f 噪声。先进的电路技术能够抑制自校准频率下的杂散伪像。在输入电流噪声方面，对于高源阻抗和反馈阻抗的应用，输入电流噪声可能会对总输出噪声产生显著影响。该系列通过使用 MOSFET 输入器件和自校准技术，实现低输入电流噪声，但在失调抵消频率处电流噪声会增加。

输入偏置电流和时钟馈通

零漂移放大器的输入偏置电流与传统运算放大器不同，其指定的输入偏置电流是瞬态电流的直流平均值。LTC2066/LTC2067/LTC2068 通过精心设计和创新的自举电路，将输入偏置电流限制在较低水平。输入的瞬态开关电流会与源阻抗和反馈阻抗相互作用，产生时钟馈通现象。可以通过在输入或反馈电阻上使用电容来限制闭环系统的带宽，从而有效滤除时钟馈通信号。

热偶效应

在微伏级精度的设计中，热偶效应必须考虑。不同金属的连接会形成热电动势，可能成为低漂移电路中的主要误差源。为了减少热偶效应引起的误差，需要注意电路板布局和元件选择，尽量减少放大器输入信号路径中的结数量，避免使用连接器、插座等元件。同时，要防止气流通过敏感电路，以减少热噪声。

泄漏效应

高阻抗信号节点的泄漏电流会降低亚纳安信号的测量精度，尤其是在高电压和高温应用中。应使用高质量的绝缘材料，并清洁绝缘表面以去除助焊剂和其他残留物。在潮湿环境中，可能需要进行表面涂层以提供防潮屏障。还可以通过在输入连接周围设置保护环来减少电路板泄漏，保护环应连接到低阻抗节点。

关机模式

SC70 封装的 LTC2066、DFN 封装的 LTC2067 和 QFN 封装的 LTC2068 具有关机模式，适用于低功耗应用。关机时，每个放大器的电源电流小于 170nA ，输出对外部电路呈现高阻抗。关机操作通过将 SHDN 引脚拉至 VL 以下实现。如果不需要关机功能，建议将 SHDN 引脚连接到 V + 。在嘈杂环境中使用时，建议在 SHDN 和 V + 之间添加电容，以防止噪声改变关机状态。

启动特性

微功耗运算放大器在启动时可能会消耗较大的电流，这可能会对低电流电源产生影响。LTC2066/LTC2067/LTC2068 在设计时已尽量减少上电期间的电荷损失，以节省占空比应用中的功率。在占空比应用中，使用 SHDN 引脚来禁用和启用器件，比直接对外部电源进行上电和下电操作更能节省电荷。

总结

LTC2066/LTC2067/LTC2068 系列运算放大器以其低功耗、高精度和丰富的特性，为电子工程师在设计低功耗、高精度的信号处理电路时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，只要充分考虑各种设计注意事项，合理选择电路参数和布局，就能够发挥出该系列放大器的最佳性能，满足不同应用场景的需求。各位工程师在遇到类似的设计需求时，不妨考虑一下这款性能出色的放大器，说不定会给你的设计带来意想不到的效果。