LT1789-1/LT1789-10：微功耗單電源軌到軌輸出儀表放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設計工作中，選擇性能優異的儀表放大器至關重要。今天，我們就來深入探討一下 Linear Technology 公司推出的 LT1789-1/LT1789-10 微功耗單電源軌到軌輸出儀表放大器。

文件下載：LT1789.pdf

一、產品概述

LT1789-1/LT1789-10 專為 2.2V 至 36V 的單電源操作而優化，具有微功耗特性，最大靜態電流僅 95μA。其輸入共模可至地，輸出擺幅能接近地 110mV。增益通過單個外部電阻設置，LT1789-1 的增益范圍為 1 至 1000，LT1789-10 為 10 至 1000。

二、特性亮點

（一）低功耗與高精度

• 微功耗：最大 95μA 的電源電流，非常適合對功耗要求嚴格的便攜式設備。這意味著在電池供電的應用中，能顯著延長設備的續航時間，減少頻繁充電的麻煩。
• 低輸入失調電壓及漂移：最大輸入失調電壓 100μV，最大輸入失調電壓漂移 0.5μV/°C，確保了在不同溫度環境下的高精度測量。例如在一些對溫度變化敏感的測量系統中，這種低漂移特性能夠有效減少誤差，提高測量的準確性。
• 高增益精度：在增益為 10 時，最小共模抑制比（CMRR）達 96dB，最大增益誤差僅 0.25%，最大增益非線性為 40ppm。這使得放大器在處理信號時能夠準確地放大，減少信號失真，保證輸出信號的質量。

（二）寬電源范圍與高抗干擾能力

• 寬電源范圍：2.2V 至 36V 的總電源范圍，增加了設計的靈活性。無論是采用低電壓的電池供電，還是高電壓的工業電源，都能穩定工作。
• 高 PSRR：在增益為 10 時，最小電源抑制比（PSRR）為 100dB，能有效抑制電源波動對輸出信號的影響，提高系統的穩定性。

（三）低噪聲性能

• 低電壓噪聲：1kHz 電壓噪聲為 48nV/√Hz，0.1Hz 至 10Hz 噪聲為 1.5μVP - P，減少了噪聲對信號的干擾，提高了信號的清晰度。在一些對噪聲要求極高的應用中，如醫療儀器中的微弱信號檢測，這種低噪聲性能能夠確保檢測到的信號真實可靠。

（四）其他特性

• 輸入偏置電流小：最大輸入偏置電流 40nA，對輸入信號的影響極小。
• 輸出電容負載能力強：LT1789-1 能處理高達 400pF 的電容負載，LT1789-10 能處理 1000pF 的電容負載，增強了放大器的驅動能力。
• ESD 保護：輸入具有高達 10kV（人體模型）的 ESD 保護，提高了器件的可靠性，減少了因靜電放電而損壞的風險。

三、典型應用

（一）便攜式儀器

其微功耗特性使得 LT1789-1/LT1789-10 非常適合用于便攜式儀器，如便攜式醫療設備、野外測量儀器等。在這些設備中，電池續航是一個關鍵因素，低功耗的放大器能夠延長設備的使用時間，提高設備的實用性。

（二）電橋放大器與應變計放大器

在電橋和應變計測量中，需要高精度的放大器來檢測微小的信號變化。LT1789-1/LT1789-10 的低失調電壓、高增益精度和低噪聲性能，能夠準確地放大這些微小信號，提高測量的精度。

（三）熱電偶放大器

熱電偶輸出的信號通常比較微弱，且容易受到噪聲和溫度變化的影響。LT1789-1/LT1789-10 的低噪聲和低失調電壓漂移特性，能夠有效地處理熱電偶信號，確保測量的準確性。

（四）差分轉單端轉換器

在一些系統中，需要將差分信號轉換為單端信號。LT1789-1/LT1789-10 可以方便地實現這一功能，并且能夠保證轉換后的信號質量。

（五）醫療儀器

醫療儀器對精度和可靠性要求極高。LT1789-1/LT1789-10 的高精度、低噪聲和高抗干擾能力，使其在醫療儀器中得到廣泛應用，如心電圖機、血壓計等。

四、電氣特性分析

（一）增益設置

• LT1789-1 的增益公式為 (G = 1 + (200k/R_G))，LT1789-10 的增益公式為 (G = 10 cdot [1 + (200k/R_G)])。通過改變外部電阻 (R_G) 的值，可以方便地設置所需的增益。在實際設計中，我們可以根據具體的應用需求，選擇合適的 (R_G) 值來實現所需的增益。
• 在不同的電源電壓和溫度條件下，增益誤差和增益非線性會有所變化。例如，在 (V_S = 3V) 或 (V_S = 5V) 時，增益誤差和增益非線性都有相應的指標要求。在設計時，我們需要根據實際的工作條件，考慮這些因素對增益的影響。

（二）失調電壓

• 放大器的失調電壓包括輸入失調和輸出失調兩部分。總輸入失調電壓為輸入失調加上（輸出失調 / 增益），總輸出失調電壓為（輸入失調 × 增益）+ 輸出失調。在高增益時，輸入失調電壓起主導作用；在低增益時，輸出失調電壓起主導作用。了解失調電壓的特性，有助于我們在設計中采取相應的措施來減小失調電壓的影響，提高測量的準確性。

（三）噪聲特性

• 輸入噪聲電壓和電流在不同頻率下有不同的表現。例如，在 1kHz 時，輸入噪聲電壓密度為 48nV/√Hz 至 90nV/√Hz，輸入噪聲電流密度為 62fA/√Hz。在設計時，我們需要根據具體的應用場景，選擇合適的放大器和電路布局，以降低噪聲對信號的影響。

（四）其他電氣特性

• 輸入電阻、輸入電容、共模抑制比、電源抑制比等電氣特性也會影響放大器的性能。在設計中，我們需要綜合考慮這些因素，確保放大器在各種工作條件下都能穩定可靠地工作。

五、典型性能曲線

文檔中給出了豐富的典型性能曲線，如輸入偏置電流與溫度、電源電壓、共模輸入電壓的關系，輸出電壓擺幅與負載電流的關系，增益與頻率的關系等。這些曲線直觀地展示了放大器在不同條件下的性能表現，有助于我們在設計中更好地選擇工作點和優化電路參數。例如，通過查看輸出電壓擺幅與負載電流的曲線，我們可以了解放大器在不同負載情況下的輸出能力，從而選擇合適的負載電阻，確保放大器能夠正常工作。

六、應用信息與注意事項

（一）增益設置

通過外部電阻 (R_G) 可以方便地設置增益。在實際操作中，我們需要根據所需的增益計算出合適的 (R_G) 值。對于最低可實現增益，可以將 (R_G) 設為無窮大（即引腳 1 和 8 開路）。在選擇 (R_G) 時，要注意其精度和穩定性，因為 (R_G) 的變化會直接影響增益的準確性。

（二）輸入和輸出失調電壓

了解失調電壓的組成和特性，有助于我們在設計中采取相應的措施來減小失調電壓的影響。例如，在高增益應用中，要特別關注輸入失調電壓；在低增益應用中，要注意輸出失調電壓。可以通過選擇高精度的放大器、優化電路布局等方式來減小失調電壓。

（三）參考端子

輸出電壓參考于參考端子（引腳 5）上的電壓。為了獲得最佳的共模抑制比，必須盡量減小與 REF 引腳串聯的電阻。例如，從 REF 引腳到地的 22Ω 電阻會增加增益誤差并降低 CMRR。在設計中，我們可以采用低阻抗的電源來驅動 REF 引腳，以提高共模抑制比和降低增益誤差。

（四）輸出失調調整

通常情況下，LT1789-1/LT1789-10 經過激光微調，大多數應用無需外部失調調整。但在需要調整失調時，可以使用如文檔中所示的可選失調調整電路。在使用調整電路時，要注意調整的范圍和精度，避免過度調整導致其他性能指標下降。

（五）輸入偏置電流返回路徑

由于放大器的輸入偏置電流低且輸入阻抗高，在放大純差分信號時，必須為兩個輸入的偏置電流提供返回路徑。否則，輸入會浮空并超出輸入共模范圍，導致輸入級飽和。可以采用如文檔中所示的三種方法來提供輸入偏置電流路徑，根據具體的應用場景選擇合適的方法。

（六）輸出電壓與輸入共模電壓

為確保在給定輸入共模電壓和輸入差分電壓下有有效輸出，需要考慮四個限制因素：輸入放大器的輸入電壓范圍、輸出擺幅，輸出放大器的輸入電壓范圍和輸出擺幅。在設計中，我們需要根據這些限制因素來選擇合適的工作點和電路參數，以確保放大器能夠正常工作。

（七）單電源操作

在處理差分信號時，REF 引腳必須高于負電源，以允許輸出處理正負輸入信號。將 REF 引腳電壓設置為半電源可獲得最大輸出工作范圍。在處理單端輸入信號時，REF 引腳可以與負電源等電位，但要確保輸出在指定工作范圍內。在實際應用中，要根據輸入信號的類型和特點，合理設置 REF 引腳的電壓，以實現最佳的性能。

七、典型應用電路

文檔中給出了多個典型應用電路，如單電源正積分器、雪崩光電二極管模塊偏置電流監測器、電壓控制電流源、10°C 至 40°C 溫度計等。這些電路展示了 LT1789-1/LT1789-10 在不同領域的具體應用，為我們的設計提供了參考。在使用這些電路時，我們可以根據實際需求進行適當的修改和優化，以滿足具體的應用要求。

八、總結

LT1789-1/LT1789-10 以其微功耗、高精度、寬電源范圍、低噪聲等優異特性，在便攜式儀器、傳感器信號放大、醫療儀器等眾多領域具有廣泛的應用前景。電子工程師在設計相關電路時，可以充分利用其特性，提高電路的性能和可靠性。同時，在應用過程中，要注意參考文檔中的應用信息和注意事項，確保放大器能夠正常工作。大家在實際設計中是否也遇到過類似的放大器選擇和應用問題呢？可以一起交流分享經驗。