LMP91200：低功耗化学传感应用的理想AFE

在电子工程师的日常设计工作中，为低功耗、分析传感应用寻找合适的传感器前端（AFE）是一项关键任务。今天，我们就来详细聊聊德州仪器（TI）推出的LMP91200，一款专门为低功耗化学传感应用设计的可配置AFE。

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一、关键特性解读

（一）低输入偏置电流

LMP91200的pH缓冲器输入偏置电流极低。在室温（25°C）下，当输入电压范围为 (0 < V{INP} < 3.3V) 时，最大输入偏置电流仅为 ±125 fA；在85°C时，最大也不过 ±445 fA。即使在无电源电压（(V{S}=(VDD - GND)=0V)），且 (-500 mV < V{INP} - V{CM} < 500 mV) 的情况下，25°C时最大输入偏置电流为 ±600 fA，85°C时为 ±6.5 pA。如此低的输入偏置电流，对于pH测量来说至关重要，它能最大程度减少测量误差，提高测量精度。

（二）低输入失调电压及漂移

pH缓冲器的输入失调电压为 ±200 µV，输入失调电压漂移为 ±2.5 μV/°C。这意味着在不同的温度环境下，该器件仍能保持较为稳定的性能，减少因温度变化而导致的测量误差。

（三）低功耗设计

该器件的电源电流仅为50 μA，电源电压范围为1.8 V至5.5 V，非常适合低功耗应用场景。在一些对功耗要求极高的便携式化学传感设备中，LMP91200的低功耗特性能够显著延长设备的续航时间。

（四）宽工作温度范围

LMP91200的工作温度范围为 –40°C至125°C，这使得它能够在各种恶劣的环境条件下正常工作，具有很强的环境适应性。

（五）有源保护功能

两个保护引脚（GUARD1和GUARD2）为高寄生阻抗布线提供了支持。通过将保护环连接到这两个引脚，可以有效减少输入电流的泄漏，提高测量的准确性。

二、应用领域分析

LMP91200主要应用于pH传感器平台。在pH测量中，pH电极的输出阻抗极高，通常在10 MΩ至1000 MΩ之间。而LMP91200的低输入偏置电流特性，能够将由输入偏置电流和电极电阻产生的电压误差降至最低。例如，当使用输出阻抗为10 MΩ的pH电极时，如果采用输入偏置电流为3 nA的运算放大器，会产生30 mV的误差；而使用LMP91200，误差可大幅降低至1.25 µV。

三、器件详细剖析

（一）功能模块概述

LMP91200专为2电极传感器设计，能够根据传感器的电压差检测变化。其内部主要包含pH缓冲器、VCM缓冲器等功能模块。

（二）各模块功能特点

1. pH缓冲器：是一个单位增益缓冲器，在室温下输入偏置电流在几十fA范围内。极低的偏置电流对pH测量的影响可以忽略不计。此外，它还配备了两个保护引脚（GUARD1和GUARD2），便于设计保护环，减少输入电流泄漏。
2. VCM缓冲器：在VCM引脚和VCMHI引脚分别提供共模电压的缓冲和非缓冲版本。在进行差分测量时，VOCM引脚会提供缓冲版本的副本。

四、设计要点与注意事项

（一）电源设计

VDD引脚应使用10-µF、1-µF和0.1-µF的电容进行旁路，并尽可能靠近LMP91200的VDD引脚（引脚1）放置。建议使用低压差线性稳压器（LDO）为电源轨供电，如果使用DC-DC开关电源，则需要进行充分的滤波以衰减开关频率分量。

（二）布局设计

由于pH电极的高阻抗特性，在进行pH测量时，需要进行精心的电路布局和组装。强烈建议采用保护技术，通过将LMP91200的输入与PCB上的大电压梯度隔离开来，减少寄生泄漏电流。具体来说，输入引脚应完全被保护环包围，保护走线应环绕输入连接，并且位于PCB的两侧并连接在一起。同时，焊接掩膜不应覆盖输入和保护区域，也不建议使用插座，因为它们可能是显著的泄漏源。组装完成后，需要使用商用溶剂进行彻底清洁。

五、总结

LMP91200凭借其低输入偏置电流、低功耗、宽工作温度范围以及有源保护等特性，成为低功耗化学传感应用，尤其是pH传感器平台的理想选择。在实际设计过程中，工程师需要充分考虑电源设计和布局设计等要点，以确保器件能够发挥出最佳性能。大家在使用LMP91200进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。