LMP91200：低功耗化學傳感應用的理想AFE

在電子工程師的日常設計工作中，為低功耗、分析傳感應用尋找合適的傳感器前端（AFE）是一項關鍵任務。今天，我們就來詳細聊聊德州儀器（TI）推出的LMP91200，一款專門為低功耗化學傳感應用設計的可配置AFE。

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一、關鍵特性解讀

（一）低輸入偏置電流

LMP91200的pH緩沖器輸入偏置電流極低。在室溫（25°C）下，當輸入電壓范圍為 (0 < V{INP} < 3.3V) 時，最大輸入偏置電流僅為 ±125 fA；在85°C時，最大也不過 ±445 fA。即使在無電源電壓（(V{S}=(VDD - GND)=0V)），且 (-500 mV < V{INP} - V{CM} < 500 mV) 的情況下，25°C時最大輸入偏置電流為 ±600 fA，85°C時為 ±6.5 pA。如此低的輸入偏置電流，對于pH測量來說至關重要，它能最大程度減少測量誤差，提高測量精度。

（二）低輸入失調電壓及漂移

pH緩沖器的輸入失調電壓為 ±200 μV，輸入失調電壓漂移為 ±2.5 μV/°C。這意味著在不同的溫度環境下，該器件仍能保持較為穩定的性能，減少因溫度變化而導致的測量誤差。

（三）低功耗設計

該器件的電源電流僅為50 μA，電源電壓范圍為1.8 V至5.5 V，非常適合低功耗應用場景。在一些對功耗要求極高的便攜式化學傳感設備中，LMP91200的低功耗特性能夠顯著延長設備的續航時間。

（四）寬工作溫度范圍

LMP91200的工作溫度范圍為 –40°C至125°C，這使得它能夠在各種惡劣的環境條件下正常工作，具有很強的環境適應性。

（五）有源保護功能

兩個保護引腳（GUARD1和GUARD2）為高寄生阻抗布線提供了支持。通過將保護環連接到這兩個引腳，可以有效減少輸入電流的泄漏，提高測量的準確性。

二、應用領域分析

LMP91200主要應用于pH傳感器平臺。在pH測量中，pH電極的輸出阻抗極高，通常在10 MΩ至1000 MΩ之間。而LMP91200的低輸入偏置電流特性，能夠將由輸入偏置電流和電極電阻產生的電壓誤差降至最低。例如，當使用輸出阻抗為10 MΩ的pH電極時，如果采用輸入偏置電流為3 nA的運算放大器，會產生30 mV的誤差；而使用LMP91200，誤差可大幅降低至1.25 μV。

三、器件詳細剖析

（一）功能模塊概述

LMP91200專為2電極傳感器設計，能夠根據傳感器的電壓差檢測變化。其內部主要包含pH緩沖器、VCM緩沖器等功能模塊。

（二）各模塊功能特點

1. pH緩沖器：是一個單位增益緩沖器，在室溫下輸入偏置電流在幾十fA范圍內。極低的偏置電流對pH測量的影響可以忽略不計。此外，它還配備了兩個保護引腳（GUARD1和GUARD2），便于設計保護環，減少輸入電流泄漏。
2. VCM緩沖器：在VCM引腳和VCMHI引腳分別提供共模電壓的緩沖和非緩沖版本。在進行差分測量時，VOCM引腳會提供緩沖版本的副本。

四、設計要點與注意事項

（一）電源設計

VDD引腳應使用10-μF、1-μF和0.1-μF的電容進行旁路，并盡可能靠近LMP91200的VDD引腳（引腳1）放置。建議使用低壓差線性穩壓器（LDO）為電源軌供電，如果使用DC-DC開關電源，則需要進行充分的濾波以衰減開關頻率分量。

（二）布局設計

由于pH電極的高阻抗特性，在進行pH測量時，需要進行精心的電路布局和組裝。強烈建議采用保護技術，通過將LMP91200的輸入與PCB上的大電壓梯度隔離開來，減少寄生泄漏電流。具體來說，輸入引腳應完全被保護環包圍，保護走線應環繞輸入連接，并且位于PCB的兩側并連接在一起。同時，焊接掩膜不應覆蓋輸入和保護區域，也不建議使用插座，因為它們可能是顯著的泄漏源。組裝完成后，需要使用商用溶劑進行徹底清潔。

五、總結

LMP91200憑借其低輸入偏置電流、低功耗、寬工作溫度范圍以及有源保護等特性，成為低功耗化學傳感應用，尤其是pH傳感器平臺的理想選擇。在實際設計過程中，工程師需要充分考慮電源設計和布局設計等要點，以確保器件能夠發揮出最佳性能。大家在使用LMP91200進行設計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。