高性能運(yùn)放LTC6246/LTC6247/LTC6248：低功耗與高速的完美結(jié)合

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器的性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天，我們來(lái)深入探討LTC6246/LTC6247/LTC6248這三款低功耗、高速的單位增益穩(wěn)定軌到軌輸入/輸出運(yùn)算放大器，看看它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中能帶來(lái)怎樣的驚喜。

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1. 產(chǎn)品概述

LTC6246/LTC6247/LTC6248分別為單通道、雙通道和四通道運(yùn)放，僅需1mA的電源電流，卻能提供令人矚目的180MHz增益帶寬積、90V/μs的壓擺率以及低至4.2nV/√Hz的輸入?yún)⒖荚肼?。這種高帶寬、高壓擺率、低功耗和低寬帶噪聲的組合，使它們?cè)诰哂蓄?lèi)似電源電流的軌到軌輸入/輸出運(yùn)算放大器中脫穎而出，非常適合低電源電壓的高速信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)。

2. 關(guān)鍵特性

2.1 電氣性能卓越

• 增益帶寬與壓擺率：增益帶寬積高達(dá)180MHz，-3dB頻率（(A_{V}=1)）為120MHz，壓擺率達(dá)到90V/μs，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，滿(mǎn)足高速信號(hào)處理的需求。
• 低功耗設(shè)計(jì)：最大靜態(tài)電流僅1mA，還有功耗僅42μA的掉電模式，有效降低了系統(tǒng)的整體功耗，延長(zhǎng)了電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
• 低噪聲表現(xiàn)：寬帶電壓噪聲低至4.2nV/√Hz，在處理微弱信號(hào)時(shí)能有效減少噪聲干擾，保證信號(hào)的純凈度。
• 軌到軌輸入輸出：輸入共模范圍涵蓋兩個(gè)電源軌，輸出能夠在電源軌之間擺動(dòng)，提供了更大的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，適用于各種不同的信號(hào)處理場(chǎng)景。

2.2 其他特性

• 快速輸出恢復(fù)：能夠在短時(shí)間內(nèi)從過(guò)載或失真狀態(tài)中恢復(fù)，保證信號(hào)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
• 寬電源電壓范圍：電源電壓范圍為2.5V至5.25V，可適應(yīng)不同的電源環(huán)境，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。
• 低輸入失調(diào)電壓和偏置電流：輸入失調(diào)電壓最大為0.5mV，輸入偏置電流為100nA，減少了信號(hào)處理過(guò)程中的誤差，提高了系統(tǒng)的精度。
• 高輸出電流能力：能夠提供最大50mA的輸出電流，具備較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一些負(fù)載。
• 高共模抑制比和開(kāi)環(huán)增益：CMRR為110dB，開(kāi)環(huán)增益為45V/mV，有效抑制共模信號(hào)干擾，保證差分信號(hào)的放大精度。

3. 引腳配置與封裝形式

3.1 引腳功能

• –IN：放大器的反相輸入，有效輸入范圍從(V^{-})到(V^{+})。
• +IN：放大器的同相輸入，有效輸入范圍從(V^{-})到(V^{+})。
• (V^{+})：正電源電壓，當(dāng)(V^{-}=0V)時(shí)，允許施加的電壓范圍為2.5V至5.25V。
• (V^{-})：負(fù)電源電壓，通常為0V，只要滿(mǎn)足(2.5V leq(V^{+}-V^{-}) leq5.25V)，也可以為負(fù)電壓。
• SHDN：低電平有效關(guān)斷引腳，閾值通常為相對(duì)于(V^{-})的1.1V，浮空該引腳可使器件開(kāi)啟。
• OUT：放大器輸出，能夠軌到軌擺動(dòng)，在5V總電源下通?？商峁┗蛭粘^(guò)50mA的電流。

3.2 封裝形式

提供多種封裝形式，包括6引腳TSOT - 23（單通道）、MS8、2mm × 2mm DFN、TSOT - 23（雙通道）和MS16（四通道），方便不同應(yīng)用場(chǎng)景的選擇。

4. 典型應(yīng)用

4.1 12位ADC驅(qū)動(dòng)

LTC6246可用于驅(qū)動(dòng)LTC2366 12位A/D轉(zhuǎn)換器。其低寬帶噪聲特性即使在不使用中間抗混疊RC濾波器的情況下，仍能保持70dB的信噪比。在單3.3V電源和2.5V基準(zhǔn)電壓下，可獲得滿(mǎn)-1dBFS輸出，且放大器不會(huì)在輸入?yún)^(qū)域之間切換，從而最小化了交叉失真。采樣率為2.2Msps、輸入波形為350kHz時(shí)，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)82dB。

4.2 低噪聲低功耗直流精確單電源光電二極管放大器

將LTC6246用作光電二極管的低功耗高性能跨阻放大器。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)700kHz的帶寬，在1MHz帶寬內(nèi)的集成輸出噪聲為160μVRMS，總電源電流僅2.2mA。

4.3 60dB 5.5MHz增益模塊

LTC6247可配置為低功耗、高增益、高帶寬的模塊。兩個(gè)放大器級(jí)聯(lián)，每級(jí)增益為31V/V，通過(guò)660nF電容將直流增益限制在約30dB，以最小化輸出失調(diào)電壓。該模塊的中帶電壓增益約為60dB，-3dB頻率為5.5MHz，增益帶寬積達(dá)5.5GHz，而靜態(tài)電源電流僅1.9mA。

4.4 單2.7V電源4MHz 4階巴特沃斯濾波器

利用LTC6246/LTC6247/LTC6248的低電壓工作和軌到軌輸出特性，可構(gòu)建適用于抗混疊的低功耗濾波器。在2.7V電源下，濾波器的通帶約為4MHz，輸入信號(hào)為(2V_{P - P})，在43MHz時(shí)的阻帶衰減大于 - 75dB。

5. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

5.1 輸入失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓會(huì)根據(jù)激活的輸入級(jí)而變化。PNP輸入級(jí)在負(fù)電源軌到正電源軌以下約1.2V的范圍內(nèi)工作，NPN輸入級(jí)在剩余輸入范圍內(nèi)工作。在室溫下，5V總電源時(shí)，PNP輸入級(jí)的失調(diào)電壓幅值經(jīng)調(diào)整后小于500μV，典型值小于150μV；NPN輸入級(jí)的失調(diào)電壓典型值小于1.7mV。

5.2 輸入偏置電流

LTC6246系列采用偏置電流消除電路來(lái)補(bǔ)償PNP輸入對(duì)的基極電流。當(dāng)輸入共模電壓小于200mV時(shí)，偏置消除電路失效，輸入偏置電流幅值可能超過(guò)1μA。在共模電壓從負(fù)電源上方0.2V到正電源下方1.2V的范圍內(nèi)，低輸入偏置電流特性使該系列放大器適用于高源電阻的應(yīng)用，可最小化電壓降引起的誤差。

5.3 輸出驅(qū)動(dòng)能力

該系列放大器具有出色的輸出驅(qū)動(dòng)能力，在5V總電源下通?？商峁┏^(guò)50mA的輸出驅(qū)動(dòng)電流。但輸出電流能力是總電源電壓的函數(shù)，電源電壓降低時(shí)，輸出電流能力也會(huì)下降。當(dāng)輸出處于連續(xù)短路狀態(tài)時(shí)，需注意將IC的結(jié)溫保持在150°C以下。此外，放大器輸出連接有反向偏置二極管，若輸出電壓超出電源電壓，可能導(dǎo)致大電流流過(guò)二極管，損壞器件。

5.4 輸入保護(hù)

輸入級(jí)通過(guò)兩對(duì)背對(duì)背二極管保護(hù)，可防止1.4V或更高的大差分輸入電壓導(dǎo)致輸入晶體管的發(fā)射極 - 基極擊穿。輸入和關(guān)斷引腳還連接有反向偏置二極管，需將這些二極管中的電流限制在小于10mA。該放大器不適合用作比較器或其他開(kāi)環(huán)應(yīng)用。

5.5 ESD保護(hù)

LTC6246系列在所有輸入和輸出端都有反向偏置的ESD保護(hù)二極管，正電源和負(fù)電源之間還有額外的鉗位電路，可在ESD沖擊時(shí)進(jìn)一步保護(hù)器件。應(yīng)避免在電源插座通電時(shí)熱插拔器件，以免觸發(fā)鉗位電路，導(dǎo)致電源引腳之間有較大電流流過(guò)。

5.6 容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)

由于該系列放大器針對(duì)高帶寬和低功耗應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，未設(shè)計(jì)用于直接驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載。輸出電容增加會(huì)在開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)中引入額外極點(diǎn)，惡化相位裕度。驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)，應(yīng)在放大器輸出和容性負(fù)載之間連接10Ω至100Ω的電阻，以避免振鈴或振蕩，反饋應(yīng)直接從放大器輸出端獲取。高壓增益配置由于較低的閉環(huán)帶寬和較高的相位裕度，通常比低壓增益配置具有更好的容性驅(qū)動(dòng)能力。

5.7 反饋組件選擇

使用反饋電阻設(shè)置增益時(shí)，需確保反饋電阻和反相輸入端的寄生電容形成的極點(diǎn)不會(huì)降低穩(wěn)定性。例如，在增益為 + 2的配置中，若增益和反饋電阻為5k，放大器反相輸入端5pF的寄生電容（器件 + PCB）會(huì)因12.7MHz處形成的極點(diǎn)導(dǎo)致器件振蕩。此時(shí)，可在反饋電阻上并聯(lián)一個(gè)5pF的電容，引入一個(gè)接近極點(diǎn)頻率的零點(diǎn)，改善穩(wěn)定性。

5.8 關(guān)斷功能

LTC6246和LTC6247 MS具有SHDN引腳，可將放大器關(guān)斷至典型42μA的電源電流。將SHDN引腳拉至負(fù)電源上方0.8V以下可關(guān)斷放大器，浮空時(shí)，SHDN引腳內(nèi)部上拉至正電源，放大器保持開(kāi)啟狀態(tài)。

5.9 功耗計(jì)算

LTC6246和LTC6247分別包含一個(gè)和兩個(gè)放大器，而LTC6248包含四個(gè)放大器，因此LTC6248的片上最大功耗相對(duì)較高。LTC6248采用16引腳MS封裝，典型熱阻（(theta{JA})）為125°C/W，需確保芯片結(jié)溫不超過(guò)150°C。結(jié)溫(T{J})可通過(guò)環(huán)境溫度(T{A})、功耗(P{D})和熱阻(theta{JA})計(jì)算：(T{J}=T{A}+(P{D} cdot theta{JA}))。IC的功耗是電源電壓、輸出電壓和負(fù)載電阻的函數(shù)，對(duì)于給定電源電壓，輸出連接到地或電源時(shí)，最壞情況下的功耗(P{D(MAX)})在電源電流最大且輸出電壓為任一電源電壓的一半時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算公式為(P{D(MAX)}=(V{S} cdot I{S(MAX)})+(frac{V{S}}{2})^{2} / R_{L})。

6. 總結(jié)

LTC6246/LTC6247/LTC6248運(yùn)算放大器以其卓越的性能和豐富的特性，在低電壓、高頻信號(hào)處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)論是驅(qū)動(dòng)ADC、構(gòu)建濾波器，還是用于光電二極管放大等應(yīng)用，都能提供出色的信號(hào)處理能力。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，合理考慮器件的各項(xiàng)特性和注意事項(xiàng)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出高性能、低功耗的電子系統(tǒng)。你在使用類(lèi)似運(yùn)放的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享討論。