LT1679：低噪声、高精度轨到轨运算放大器的卓越之选

LT1678/LT1679：低噪声、高精度轨到轨运算放大器的卓越之选

在电子设计领域，运算放大器的性能直接影响着整个系统的表现。今天，我们就来深入探讨一下Linear Technology Corporation推出的LT1678/LT1679双/四通道轨到轨运算放大器，看看它在低噪声和高精度方面有哪些独特的优势。

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一、特性亮点

1. 轨到轨输入输出

LT1678/LT1679具备轨到轨的输入输出能力，这意味着它的输入范围可以超出电源电压一定程度，同时输出能够在接近电源轨的范围内摆动。例如，输入范围可超出电源100mV，输出能摆动至距离任一电源轨170mV以内。这种特性在单电源应用中非常实用，能够充分利用电源电压范围，减少信号失真。

2. 低噪声性能

其低噪声特性十分突出，在1kHz时典型电压噪声为3.9nV/√Hz，最大为5.5nV/√Hz 。0.1Hz到10Hz的噪声为90nV峰 - 峰值，且1/f拐角频率仅为4Hz。为了达到这样的低噪声水平，该运算放大器将输入级电流设置为100µA，而大多数其他运算放大器的输入级电流典型值为10µA。不过需要注意的是，电流噪声会相对较高，但在低频时，低的1/f电流噪声拐角频率（≈200Hz）在一定程度上降低了电流噪声的影响。

3. 高精度指标

• 失调电压：最大失调电压为100µV，在不同的温度和电源条件下，失调电压也能保持在较低水平。例如在0°C ≤ TA ≤ 70°C，VS = 3V时，典型失调电压为35µV。
• 输入偏置电流：最大输入偏置电流为20nA，并且在不同温度范围和电源条件下，输入偏置电流的变化也在可接受范围内。
• 共模抑制比和电源抑制比：共模抑制比（CMRR）最小为100dB，电源抑制比（PSRR）最小为106dB，这使得它能够有效抑制共模信号和电源波动对输出的影响。
• 增益带宽积：增益带宽积达到20MHz，能够满足较高频率信号的处理需求。

4. 宽电源电压范围和工作温度范围

它可以在2.7V到36V的单电源下工作，也能适应±15V等双电源供电。工作温度范围为 - 40°C到85°C，适用于多种不同的应用环境。

5. 匹配规格

提供了一套完整的匹配规格，方便在依赖匹配的应用中使用，例如双运放仪表放大器设计。

二、应用场景

1. 应变计放大器

应变计输出的信号通常非常微弱，需要低噪声、高精度的放大器进行放大。LT1678/LT1679的低噪声和高精度特性能够有效放大应变计信号，同时其轨到轨输入输出能力可以充分利用电源电压，提高测量的准确性。

2. 便携式麦克风

便携式设备通常采用单电源供电，且对功耗和噪声有较高要求。LT1678/LT1679可以在单电源下工作，低噪声特性能够保证麦克风采集的声音信号质量，同时高精度也有助于提高声音的还原度。

3. 电池供电的轨到轨仪器

在电池供电系统中，需要尽可能地利用电池电压，轨到轨的输入输出特性使得LT1678/LT1679非常适合此类应用。它能够在有限的电源电压下实现信号的有效放大和处理，延长电池的使用时间。

4. 低噪声信号处理

对于需要处理微弱信号的应用，如红外探测器等，低噪声的LT1678/LT1679能够有效减少噪声干扰，提高信号的质量。

5. 微伏精度阈值检测

高精度的失调电压使得它能够实现微伏级别的精度阈值检测，应用于需要精确判断信号阈值的场合。

三、电气特性详解

文档中给出了详细的电气特性参数，这里选取几个关键参数进行说明。

1. 输入失调电压

输入失调电压会随着温度和电源条件的变化而变化。例如在 - 40°C ≤ TA ≤ 85°C，VS = 5V时，最大失调电压可能达到1000µV。在设计时，需要根据具体的应用场景考虑失调电压对系统性能的影响。

2. 输入偏置电流

输入偏置电流同样与温度和电源条件相关。在不同的共模电压下，输入偏置电流也会有所不同。例如在VS = 5V，VCM = VS + 0.1V时，输入偏置电流可能达到0.40µA。

3. 大信号电压增益

大信号电压增益与电源电压、负载电阻和输出电压范围有关。在VS = 3V，RL = 10k，VO = 2.5V到0.7V时，最小大信号电压增益为0.6V/µV。在设计放大器电路时，需要根据负载情况和输出要求选择合适的电源和负载电阻，以确保获得足够的增益。

四、典型性能特性

文档中给出了多种典型性能特性曲线，这些曲线能够帮助我们更好地了解该运算放大器的性能。

1. 电压噪声与频率关系

从曲线中可以看出，在不同的电源电压和共模电压下，电压噪声随频率的变化情况。在低频段，噪声相对较高，随着频率的增加，噪声逐渐降低。

2. 电流噪声与频率关系

电流噪声同样与频率相关，在低频时电流噪声受1/f噪声的影响较大，随着频率的升高，电流噪声逐渐趋于稳定。

3. 输入偏置电流与温度关系

输入偏置电流会随着温度的升高而增大，在设计时需要考虑温度对输入偏置电流的影响，特别是在对输入电流要求较高的应用中。

五、应用注意事项

1. 轨到轨操作

为了充分利用其输入范围可超出电源的特性，该运算放大器设计时消除了相位反转问题。在单3V电源下的跟随器模式中，输出能够干净地削波并恢复，不会出现相位反转，避免了伺服系统的锁定问题和减少了失真分量。

2. 单位增益缓冲应用

当RF ≤ 100Ω且输入由快速大信号脉冲（>1V）驱动时，输出波形会受到影响。而当RF ≥ 500Ω时，输出能够满足电流要求，放大器保持在有源模式并实现平滑过渡。当RF > 2k时，会与放大器的输入电容产生极点，导致额外的相移和相位裕度降低，可以通过在RF上并联一个20pF到50pF的小电容来解决这个问题。

3. 噪声测试

测量LT1678/LT1679的0.1Hz到10Hz峰 - 峰值噪声时需要特殊的测试措施。设备需要预热至少五分钟，同时要避免空气流动和突然的运动，以减少温度和外界干扰对噪声测量的影响。另外，电流噪声的测量有特定的电路和计算公式，需要根据源电阻的不同区域来选择合适的运算放大器，如果源电阻Rs > 50k（在1kHz）或Rs > 8k（在10Hz），LT1678/LT1679的低电压噪声优势将无法体现，此时可以选择LT1113或LT1169。

六、总结

LT1678/LT1679运算放大器以其低噪声、高精度、轨到轨输入输出等特性，成为了众多电子设计应用中的理想选择。在使用时，我们需要根据具体的应用场景和需求，合理选择电源、负载电阻等参数，同时注意应用过程中的一些注意事项，以充分发挥其性能优势。各位电子工程师在实际设计中，不妨考虑将其应用到合适的项目中，体验它带来的卓越性能。