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高电压CMOS放大器利用单个IC实现高阻抗检测

Jon Munson?? Linear Technology?? 2013年05月06日 ?? 收藏0
引言

电压的准确测量需要尽量减小至被测试电路之仪器接线的影响。典型的数字电压表(DVM)采用10M电阻器网络以把负载效应保持在不显眼的水平,即使这会引起显著的误差,尤其是在包含高电阻的较高电压电路中。

解决方案是采用静电计配置的高阻抗放大器,因此来自测试节点的放大器输入电流就微乎其微。为使输入电流值尽可能低,传统上都把场效应晶体管(FET)用在这些电路的输入端。FET一般是低电压器件,并会引起难以消除的电压失调不确定性。虽然具有包括FET输入的单片式放大器,但它们通常是非常低电压的器件 (特别是那些采用典型CMOS制作方法的放大器),因此其适用范围局限在高电压应用。可以考虑一下LTC6090,这是一款精度在mV以内并能处理超过140VP-P信号摆幅的CMOS放大器,非常适合于解决上述问题。

LTC6090可轻松地解决高电压检测问题

LTC6090在单个器件中整合了一组独特的特性。其CMOS设计特性在高输入阻抗和“轨至轨”输出摆幅中提供了极限,但与采用5V供电的典型CMOS器件不同,LTC6090能采用高达±70V电源运作。而且,该器件在小信号领域中也可占有一席之地,其具有低于500μV的典型VOS和11nV/√Hz的电压噪声密度,从而可提供惊人的动态范围。高压操作可能会带来显著的功耗,因此LTC6090提供了耐热性能增强型SOIC或TSSOP封装。这款器件具有过热输出标记和输出停用控制功能,因而无需额外的电路即可提供灵活的保护措施。

准确的50.00V基准

LTC6090能在采用单电源运作的情况下提供140V输出电平,因此放大一个高质量5V基准是一件简单的事情,可采用准确的电阻器网络以保持精度。LT5400高精度电阻器阵列可处理高达80V的电压,所以对于数值为10的增益而言,利用10:1比值版本是一种产生准确50V校准电源的简易方法,并无需进行任何的调节。图1示出了一款以优于0.1%准确度将LT6654A 5.000V基准放大至50.00V的电路。该电路的供电电压范围为55V至140V,而65V是一种由任选的便携式电源 (示于图2的一部分) 所提供的可用电源电压。

LTC6090 采用一个1μF输出电容进行设置,以提供卓越的负载阶跃响应。该电容通过一个电阻实现了与运算放大器的隔离,并形成一个针对700Hz以上频率的有效降噪滤波器。高精度LT5400A-3电阻器网络提供了0.01%匹配准确度的10k/100k电阻,再加上高阻抗CMOS运放输入端上没有负载,故而可形成一个高度准确的放大因子。LTC6090输入失调电压产生的误差<0.03%,而LT6654A引起的误差则<0.05%。图1所示的整个电路大约吸收4mA静态电流,并且能驱动10mA负载。

简单的大信号缓冲器

LTC6090的作用相当于一个普通的单位增益稳定型运算放大器,因此设计一个静电计级别的缓冲器级是十分简单,可利用典型的单位增益电路提供100%的反馈。完全不需要分立式的FET或浮动偏置电源。

如图2所示,LTC6090可容易地利用一个分离型电源(例如:小型反激式转换电池电源)来供电。这款基本电路能在高阻抗电路中提供精准的电压测量,并准确地处理信号摆幅至任一电源轨的3V内(在本例为±62V)。由于输入漏电流通常低于5pA,因此对于接近1GΩ的源阻抗来说,电路负载的影响基本上是微不足道的(<VOS)。可用的全摆幅频率响应超过20kHz。

结论

LTC6090是一款独特且通用的高电压CMOS放大器,其可实现简化的高阻抗和/或大信号摆幅、以及非常宽动态范围的放大解决方案。

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CMOS放大器? 高阻抗检测? LTC6090?

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