超低功耗零漂移運(yùn)放LTC2063/LTC2064/LTC2065：高精度測(cè)量的理想之選

在當(dāng)今對(duì)功耗和精度要求極高的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，低功耗、高精度的運(yùn)算放大器成為了工程師們的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。LTC2063/LTC2064/LTC2065 這三款單、雙、四通道低功耗零漂移 20kHz 放大器，憑借其卓越的性能，為高精度測(cè)量提供了出色的解決方案。下面，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這三款運(yùn)放。

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一、核心特性

1. 超低功耗

每放大器的典型供電電流僅為 1.4μA，最大不超過(guò) 2μA。同時(shí)，其關(guān)機(jī)模式下的電流極低，每放大器最大僅 170nA，這對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行且對(duì)功耗敏感的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一大福音。例如在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)需要長(zhǎng)時(shí)間依靠電池供電，低功耗的運(yùn)放能夠顯著延長(zhǎng)電池的使用壽命。

2. 高精度性能

輸入失調(diào)電壓最大僅 5μV，失調(diào)電壓漂移最大為 0.02μV/°C，輸入偏置電流在室溫下典型值僅 0.5pA，最大不超過(guò) 100pA（全溫度范圍）。這些特性使得該運(yùn)放能夠在極低的功耗下實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，適用于對(duì)精度要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，如醫(yī)療儀器和高精度傳感器調(diào)理。

3. 抗干擾能力強(qiáng)

集成了 EMI 濾波器，在 1.8GHz 時(shí)具有 114dB 的抑制能力，能夠有效抵抗外界電磁干擾，保證信號(hào)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

4. 寬工作范圍

工作電源范圍為 1.7V 至 5.25V，輸入和輸出均為軌到軌，可適應(yīng)不同的電源電壓和信號(hào)幅度要求，提高了設(shè)計(jì)的靈活性。

5. 多種封裝可選

提供 SC70、TSOT23、MS8、DFN10、TSSOP14 和 QFN16 等多種封裝形式，方便工程師根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和 PCB 布局進(jìn)行選擇。

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常由電池供電，對(duì)功耗要求極高。LTC2063/LTC2064/LTC2065 的低功耗特性能夠顯著延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間，同時(shí)其高精度性能可以保證傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和傳輸。例如在環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)中，能夠準(zhǔn)確測(cè)量溫度、濕度、氣體濃度等參數(shù)。

2. 便攜式儀器系統(tǒng)

便攜式儀器通常需要小巧輕便且低功耗的設(shè)計(jì)。該運(yùn)放的低功耗和高精度特性使其成為便攜式儀器系統(tǒng)的理想選擇，如便攜式血糖儀、血壓計(jì)等醫(yī)療儀器，以及便攜式萬(wàn)用表等測(cè)量?jī)x器。

3. 低功耗傳感器調(diào)理

對(duì)于各種低功耗傳感器，如氣體傳感器、溫度傳感器等，LTC2063/LTC2064/LTC2065 可以對(duì)傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行精確調(diào)理，提高傳感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

4. 能量收集應(yīng)用

在能量收集系統(tǒng)中，如太陽(yáng)能、熱能、振動(dòng)能收集等，由于收集到的能量有限，需要使用低功耗的電路來(lái)處理信號(hào)。該運(yùn)放的低功耗特性能夠有效降低系統(tǒng)的能耗，提高能量收集效率。

三、電氣特性詳解

1. 輸入特性

輸入失調(diào)電壓在不同電源電壓和溫度范圍內(nèi)都能保持極低的水平，最大不超過(guò) ±10μV。輸入失調(diào)電壓漂移在 -40°C 至 85°C 范圍內(nèi)最大為 ±0.03μV/°C，在 -40°C 至 125°C 范圍內(nèi)最大為 ±0.06μV/°C。輸入偏置電流和失調(diào)電流也非常小，能夠有效減少偏置電流引起的誤差。

2. 噪聲特性

輸入噪聲電流譜密度在 f ≤ 100Hz 時(shí)為 12fA/√Hz，輸入噪聲電壓譜密度在 f ≤ 100Hz 時(shí)為 230nV/√Hz，輸入噪聲電壓在 DC 至 10Hz 范圍內(nèi)為 4.8μV P–P。這些低噪聲特性使得該運(yùn)放能夠在微弱信號(hào)處理中表現(xiàn)出色。

3. 增益和帶寬特性

開(kāi)環(huán)增益典型值為 140dB，增益帶寬積為 20kHz，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的增益和帶寬要求。

4. 輸出特性

輸出電壓擺幅在不同負(fù)載電阻和電源電壓下都能接近軌到軌，輸出短路電流在不同情況下也有明確的規(guī)定，保證了運(yùn)放的輸出能力和可靠性。

四、使用注意事項(xiàng)

1. 熱偶效應(yīng)

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要考慮熱偶效應(yīng)。任何不同金屬的連接都會(huì)形成熱電動(dòng)勢(shì)，可能成為低漂移電路中的主要誤差源。因此，要注意電路板布局和元件選擇，盡量減少放大器輸入信號(hào)路徑中的結(jié)點(diǎn)數(shù)量，避免使用連接器、插座、開(kāi)關(guān)和繼電器等元件。如果必須使用，應(yīng)選擇具有低熱電動(dòng)勢(shì)特性的元件。

2. 輸入電流噪聲

對(duì)于高源阻抗和反饋?zhàn)杩沟膽?yīng)用，輸入電流噪聲可能會(huì)對(duì)總輸出噪聲產(chǎn)生顯著影響。因此，需要考慮噪聲電流與放大器輸入端電路元件的相互作用。同時(shí)，輸入電流噪聲會(huì)隨著頻率的升高而增加，這是由于 MOSFET 溝道熱噪聲的電容耦合所致。

3. 輸入偏置電流和時(shí)鐘饋通

零漂移放大器的輸入偏置電流具有與傳統(tǒng)運(yùn)算放大器不同的特性。LTC2063/LTC2064/LTC2065 通過(guò)精心設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的自舉電路，將輸入偏置電流控制在較低水平，最大不超過(guò) 20pA（室溫）和 100pA（全溫度范圍）。但輸入的瞬態(tài)開(kāi)關(guān)電流會(huì)與源阻抗和反饋?zhàn)杩瓜嗷プ饔?，產(chǎn)生誤差電壓，需要注意這種時(shí)鐘饋通現(xiàn)象。

4. 關(guān)機(jī)模式

SC70 封裝的 LTC2063、DFN 封裝的 LTC2064 和 QFN 封裝的 LTC2065 具有關(guān)機(jī)模式，適用于低功耗應(yīng)用。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，每個(gè)放大器的供電電流小于 170nA，輸出對(duì)外部電路呈現(xiàn)高阻抗。使用時(shí)，建議將 SHDN 引腳連接到合適的電平，避免懸空，以確?？煽康年P(guān)機(jī)操作。

五、典型應(yīng)用電路案例

1. 微功耗精密氧氣傳感器

該電路在氧氣濃度為 0% 至 30% 的范圍內(nèi)工作，在正常大氣氧氣濃度（20.9%）下，標(biāo)稱輸出為 1V?？傆性垂脑趩诬夒娫聪滦∮?2.1μA。LTC2063 的軌到軌輸入特性使得在極低氧氣濃度下也無(wú)需額外的直流電平轉(zhuǎn)換，其超低的輸入失調(diào)電壓能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷跣盘?hào)進(jìn)行精確放大。

2. RTD 傳感器

該電路使用 LTC2063 作為核心運(yùn)放，能夠在 -40°C 至 85°C 的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測(cè)量，精度可達(dá) ±1°C（室溫）。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的電阻網(wǎng)絡(luò)和參考電壓源，能夠有效減小誤差，提高測(cè)量精度。

六、總結(jié)

LTC2063/LTC2064/LTC2065 以其超低功耗、高精度、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。無(wú)論是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、便攜式儀器系統(tǒng)，還是低功耗傳感器調(diào)理和能量收集應(yīng)用，都能為工程師提供可靠的解決方案。在使用過(guò)程中，工程師需要充分考慮其特性和注意事項(xiàng)，合理設(shè)計(jì)電路，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過(guò)類似的運(yùn)放選擇和設(shè)計(jì)問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。