LT1678/LT1679：低噪聲、高精度軌到軌運(yùn)算放大器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天，我們就來深入探討一下Linear Technology Corporation推出的LT1678/LT1679雙/四通道軌到軌運(yùn)算放大器，看看它在低噪聲和高精度方面有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢。

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一、特性亮點(diǎn)

1. 軌到軌輸入輸出

LT1678/LT1679具備軌到軌的輸入輸出能力，這意味著它的輸入范圍可以超出電源電壓一定程度，同時(shí)輸出能夠在接近電源軌的范圍內(nèi)擺動(dòng)。例如，輸入范圍可超出電源100mV，輸出能擺動(dòng)至距離任一電源軌170mV以內(nèi)。這種特性在單電源應(yīng)用中非常實(shí)用，能夠充分利用電源電壓范圍，減少信號(hào)失真。

2. 低噪聲性能

其低噪聲特性十分突出，在1kHz時(shí)典型電壓噪聲為3.9nV/√Hz，最大為5.5nV/√Hz 。0.1Hz到10Hz的噪聲為90nV峰 - 峰值，且1/f拐角頻率僅為4Hz。為了達(dá)到這樣的低噪聲水平，該運(yùn)算放大器將輸入級(jí)電流設(shè)置為100μA，而大多數(shù)其他運(yùn)算放大器的輸入級(jí)電流典型值為10μA。不過需要注意的是，電流噪聲會(huì)相對較高，但在低頻時(shí)，低的1/f電流噪聲拐角頻率（≈200Hz）在一定程度上降低了電流噪聲的影響。

3. 高精度指標(biāo)

• 失調(diào)電壓：最大失調(diào)電壓為100μV，在不同的溫度和電源條件下，失調(diào)電壓也能保持在較低水平。例如在0°C ≤ TA ≤ 70°C，VS = 3V時(shí)，典型失調(diào)電壓為35μV。
• 輸入偏置電流：最大輸入偏置電流為20nA，并且在不同溫度范圍和電源條件下，輸入偏置電流的變化也在可接受范圍內(nèi)。
• 共模抑制比和電源抑制比：共模抑制比（CMRR）最小為100dB，電源抑制比（PSRR）最小為106dB，這使得它能夠有效抑制共模信號(hào)和電源波動(dòng)對輸出的影響。
• 增益帶寬積：增益帶寬積達(dá)到20MHz，能夠滿足較高頻率信號(hào)的處理需求。

4. 寬電源電壓范圍和工作溫度范圍

它可以在2.7V到36V的單電源下工作，也能適應(yīng)±15V等雙電源供電。工作溫度范圍為 - 40°C到85°C，適用于多種不同的應(yīng)用環(huán)境。

5. 匹配規(guī)格

提供了一套完整的匹配規(guī)格，方便在依賴匹配的應(yīng)用中使用，例如雙運(yùn)放儀表放大器設(shè)計(jì)。

二、應(yīng)用場景

1. 應(yīng)變計(jì)放大器

應(yīng)變計(jì)輸出的信號(hào)通常非常微弱，需要低噪聲、高精度的放大器進(jìn)行放大。LT1678/LT1679的低噪聲和高精度特性能夠有效放大應(yīng)變計(jì)信號(hào)，同時(shí)其軌到軌輸入輸出能力可以充分利用電源電壓，提高測量的準(zhǔn)確性。

2. 便攜式麥克風(fēng)

便攜式設(shè)備通常采用單電源供電，且對功耗和噪聲有較高要求。LT1678/LT1679可以在單電源下工作，低噪聲特性能夠保證麥克風(fēng)采集的聲音信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)高精度也有助于提高聲音的還原度。

3. 電池供電的軌到軌儀器

在電池供電系統(tǒng)中，需要盡可能地利用電池電壓，軌到軌的輸入輸出特性使得LT1678/LT1679非常適合此類應(yīng)用。它能夠在有限的電源電壓下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效放大和處理，延長電池的使用時(shí)間。

4. 低噪聲信號(hào)處理

對于需要處理微弱信號(hào)的應(yīng)用，如紅外探測器等，低噪聲的LT1678/LT1679能夠有效減少噪聲干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量。

5. 微伏精度閾值檢測

高精度的失調(diào)電壓使得它能夠?qū)崿F(xiàn)微伏級(jí)別的精度閾值檢測，應(yīng)用于需要精確判斷信號(hào)閾值的場合。

三、電氣特性詳解

文檔中給出了詳細(xì)的電氣特性參數(shù)，這里選取幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行說明。

1. 輸入失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓會(huì)隨著溫度和電源條件的變化而變化。例如在 - 40°C ≤ TA ≤ 85°C，VS = 5V時(shí)，最大失調(diào)電壓可能達(dá)到1000μV。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景考慮失調(diào)電壓對系統(tǒng)性能的影響。

2. 輸入偏置電流

輸入偏置電流同樣與溫度和電源條件相關(guān)。在不同的共模電壓下，輸入偏置電流也會(huì)有所不同。例如在VS = 5V，VCM = VS + 0.1V時(shí)，輸入偏置電流可能達(dá)到0.40μA。

3. 大信號(hào)電壓增益

大信號(hào)電壓增益與電源電壓、負(fù)載電阻和輸出電壓范圍有關(guān)。在VS = 3V，RL = 10k，VO = 2.5V到0.7V時(shí)，最小大信號(hào)電壓增益為0.6V/μV。在設(shè)計(jì)放大器電路時(shí)，需要根據(jù)負(fù)載情況和輸出要求選擇合適的電源和負(fù)載電阻，以確保獲得足夠的增益。

四、典型性能特性

文檔中給出了多種典型性能特性曲線，這些曲線能夠幫助我們更好地了解該運(yùn)算放大器的性能。

1. 電壓噪聲與頻率關(guān)系

從曲線中可以看出，在不同的電源電壓和共模電壓下，電壓噪聲隨頻率的變化情況。在低頻段，噪聲相對較高，隨著頻率的增加，噪聲逐漸降低。

2. 電流噪聲與頻率關(guān)系

電流噪聲同樣與頻率相關(guān)，在低頻時(shí)電流噪聲受1/f噪聲的影響較大，隨著頻率的升高，電流噪聲逐漸趨于穩(wěn)定。

3. 輸入偏置電流與溫度關(guān)系

輸入偏置電流會(huì)隨著溫度的升高而增大，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮溫度對輸入偏置電流的影響，特別是在對輸入電流要求較高的應(yīng)用中。

五、應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 軌到軌操作

為了充分利用其輸入范圍可超出電源的特性，該運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)時(shí)消除了相位反轉(zhuǎn)問題。在單3V電源下的跟隨器模式中，輸出能夠干凈地削波并恢復(fù)，不會(huì)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)，避免了伺服系統(tǒng)的鎖定問題和減少了失真分量。

2. 單位增益緩沖應(yīng)用

當(dāng)RF ≤ 100Ω且輸入由快速大信號(hào)脈沖（>1V）驅(qū)動(dòng)時(shí)，輸出波形會(huì)受到影響。而當(dāng)RF ≥ 500Ω時(shí)，輸出能夠滿足電流要求，放大器保持在有源模式并實(shí)現(xiàn)平滑過渡。當(dāng)RF > 2k時(shí)，會(huì)與放大器的輸入電容產(chǎn)生極點(diǎn)，導(dǎo)致額外的相移和相位裕度降低，可以通過在RF上并聯(lián)一個(gè)20pF到50pF的小電容來解決這個(gè)問題。

3. 噪聲測試

測量LT1678/LT1679的0.1Hz到10Hz峰 - 峰值噪聲時(shí)需要特殊的測試措施。設(shè)備需要預(yù)熱至少五分鐘，同時(shí)要避免空氣流動(dòng)和突然的運(yùn)動(dòng)，以減少溫度和外界干擾對噪聲測量的影響。另外，電流噪聲的測量有特定的電路和計(jì)算公式，需要根據(jù)源電阻的不同區(qū)域來選擇合適的運(yùn)算放大器，如果源電阻Rs > 50k（在1kHz）或Rs > 8k（在10Hz），LT1678/LT1679的低電壓噪聲優(yōu)勢將無法體現(xiàn)，此時(shí)可以選擇LT1113或LT1169。

六、總結(jié)

LT1678/LT1679運(yùn)算放大器以其低噪聲、高精度、軌到軌輸入輸出等特性，成為了眾多電子設(shè)計(jì)應(yīng)用中的理想選擇。在使用時(shí)，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇電源、負(fù)載電阻等參數(shù)，同時(shí)注意應(yīng)用過程中的一些注意事項(xiàng)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。各位電子工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不妨考慮將其應(yīng)用到合適的項(xiàng)目中，體驗(yàn)它帶來的卓越性能。