低功耗运算放大器系列的特点及应用

电子设计 2019-04-12 12002

描述

简介

我们的运算放大器系列已经扩展了业界领先的速度与电源电流。 LTC6258 / LTC6259 / LTC6260系列（单通道，双通道，四通道）在超低20μA电源电流下提供1.3MHz，具有400μV最大偏移电压和轨到轨输入和输出。该运算放大器与1.8V至5.25V电源相结合，可为无数应用提供无与伦比的性能，低功耗和低电压，且成本合理。

低噪声参考

LT6656是一款精密串联电压基准，电源电流低至1μA。结合简单的滤波器，LTC6258可以降低LT6656的有效噪声并增强其输出电流驱动能力，同时保持较低的总功耗。

图1显示了这样的配置。首先，LT6656输出之后的截止频率非常低（R IN1 和C IN1 ，低于5Hz截止频率）。由于LTC6258的输入偏置电流，较大的R IN1 值会产生很大的失调电压。将R IN1 设置为2.7kΩ会产生低于运算放大器标称输入失调电压的偏移。 C IN1 可以更大或更小，相应地或多或少地过滤。 C IN1 的耐压要求很低，在小体积内产生相对较大的电容。

运算放大器

该电路利用LTC6258的驱动能力大容性负载。使用连接到LTC6258的大输出电容器组可以显着旁路使用参考电压的后续电路。总的来说，LT6656和LTC6258的组合，在这种配置下，可以产生低噪声，低功耗和旁路电容明显较大的参考电压。

电压频谱噪声密度如图2所示。一旦滤波器（R IN1 和C IN1 ）跟随参考电压，10kHz以下参考电压的噪声明显下降。运算放大器配置为单位增益，有或没有大的44μF负载，保持稳定，仅产生少量低频噪声。图3显示了R IN1 - C IN1 滤波器和运算放大器电路组合的瞬态响应，带有和不带44μF输出电容。

运算放大器

重要的是，将LTC6258引入参考电路后，输出电压精度不会明显下降。 LT6656 A级精度为0.05％。在1.25V时，误差为±625μV;误差为0.1％的B级为±1.25mV。使用400μV偏移最大值的LTC6258会增加一些标称输出电压不确定度，但在LT6656初始误差的数量级范围内。

测得的电源电流消耗为21μA。

实用正弦波

人们不希望使用5V低功耗运算放大器产生-100dBc失真的正弦波。同样，使用LTC6258的带通滤波器可以与易于使用的低功耗振荡器结合使用，以低成本，低电压和极低的功耗产生正弦波。

有效过滤

图4的带通滤波器交流耦合到输入。因此，LTC6258输入不会给前一阶段带来负担，无法产生特定的绝对共模电压。一个简单的电阻分压器，RA1和RA2，为LTC6258带通滤波器提供偏置。将运算放大器输入与固定电压挂钩有助于减少移动共模时可能出现的失真。

运算放大器

此滤波器以10kHz为中心。确切的电阻和电容值可以向上或向下调整，具体取决于最低电阻噪声或最低总电源电流是否最重要。通过减少反馈环路中的电流，该实现针对低功耗进行了优化。电容器C2和C3最初为4.7nF或更高，电阻值较低。最后，1nF具有更高的电阻，针对更低的功耗进行了优化。除了功耗之外，反馈阻抗的次要但同样重要的一点是运算放大器轨到轨输出级的负载。较重的负载，例如介于1K和10K之间的阻抗，会显着降低开环增益，进而影响带通滤波器的精度。数据表显示AVOL从100kΩ降低到10kΩ，降低了5倍。较低的C2和C3可能是可行的，但随后R6变得更大，在输出端引入更多的噪声。

该带通滤波器的目标Q是中等的 - 约为3.中等Q值，而不是高Q，允许使用5％电容。较高的Q值将要求更精确的电容器，并且10kHz时的开环增益很可能高于反馈阻抗负载。当然，中等Q导致谐波衰减比Q更高。

添加振荡器

通过驱动可以得到低功率正弦波发生器方波进入带通滤波器。完整的原理图如图6所示.LTC6906微功率电阻器组振荡器可轻松配置为10kHz方波，并可驱动带通滤波器输入电阻中看到的相对良性负载。 LTC6906在10kHz时的供电电流为32.4μA。

运算放大器

图7显示了LTC6906输出和带通滤波器输出。正弦波的HD2为-46.1dBc，HD3为-32.6dBc。输出为1.34V P-P 至1.44V P-P ，由于10kHz时有限运算放大器开环增益，精确电平略有变化。 3V电压轨的总电流消耗低于55μA。

运算放大器

其他增强功能

图8显示了可选的增强功能。低功耗基准利用了LTC6906和LTC6258在极低电源下工作的能力。该参考电压从电池输入提供2.5V。固定的2.5V电源可在输入电压变化时稳定输出电压摆幅。此外，具有更高电阻的更低滤波电容值可进一步降低LTC6258负载，降低功耗并提高滤波器精度。

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结论

LTC6258 / LTC6259 / LTC6260系列（单通道，双通道，四通道）在20μA的低电源电流下提供1.3MHz增益带宽，最大偏移电压为400μV，轨到轨输入和输出。该运算放大器采用1.8V至5.25V电源供电，能够以低成本实现低功耗和低电压的优异性能。

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