高電壓CMOS放大器利用單個IC實現高阻抗檢測

　　引言

　　電壓的準確測量需要盡量減小至被測試電路之儀器接線的影響。典型的數字電壓表 (DVM) 采用 10M 電阻器網絡以把負載效應保持在不顯眼的水平，即使這會引起顯著的誤差，尤其是在包含高電阻的較高電壓電路中。

　　解決方案是采用靜電計配置的高阻抗放大器，因此來自測試節點的放大器輸入電流就微乎其微。為使輸入電流值盡可能低，傳統上都把場效應晶體管 (FET) 用在這些電路的輸入端。FET 一般是低電壓器件，并會引起難以消除的電壓失調不確定性。雖然具有包括 FET 輸入的單片式放大器，但它們通常是非常低電壓的器件 (特別是那些采用典型 CMOS 制作方法的放大器)，因此其適用范圍局限在高電壓應用?？梢钥紤]一下 LTC^®6090，這是一款精度在 mV 以內并能處理超過140VP-P 信號擺幅的 CMOS 放大器，非常適合于解決上述問題。

　　LTC6090 可輕松地解決高電壓檢測問題

　　LTC6090 在單個器件中整合了一組獨特的特性。其 CMOS 設計特性在高輸入阻抗和“軌至軌”輸出擺幅中提供了極限，但與采用 5V 供電的典型 CMOS 器件不同，LTC6090 能采用高達 ±70V 電源運作。而且，該器件在小信號領域中也可占有一席之地，其具有低于 500μV 的典型 VOS 和 11nV/√Hz 的電壓噪聲密度，從而可提供驚人的動態范圍。高壓操作可能會帶來顯著的功耗，因此 LTC6090 提供了耐熱性能增強型 SOIC 或 TSSOP 封裝。這款器件具有過熱輸出標記和輸出停用控制功能，因而無需額外的電路即可提供靈活的保護措施。

　　準確的 50.00V 基準

　　LTC6090 能在采用單電源運作的情況下提供 140V 輸出電平，因此放大一個高質量 5V 基準是一件簡單的事情，可采用準確的電阻器網絡以保持精度。LT^®5400 高精度電阻器陣列可處理高達 80V 的電壓，所以對于數值為 10 的增益而言，利用 10:1 比例版本是一種產生準確 50V 校準電源的簡易方法，并無需進行任何的調節。圖 1 示出了一款以優于 0.1% 準確度將 LT6654A 5.000V 基準放大至 50.00V 的電路。該電路的供電電壓范圍為 55V至 140V，而 65V 是一種由任選的便攜式電源 (示于圖 2 的一部分) 所提供的可用電源電壓。

　　LTC6090 采用一個 1μF 輸出電容進行設置，以提供卓越的負載階躍響應。該電容通過一個電阻實現了與運算放大器的隔離，并形成一個針對 700Hz 以上頻率的有效降噪濾波器。高精度 LT5400A-3 電阻器網絡提供了 0.01% 匹配準確度的 10k/100k 電阻，再加上高阻抗 CMOS 運放輸入端上沒有負載，故而可形成一個高度準確的放大因子。LTC6090 輸入失調電壓產生的誤差 < 0.03%，而 LT6654A 引起的誤差則 < 0.05%。圖 1 所示的整個電路大約吸收 4mA 靜態電流，并且能驅動 10mA 負載。

　　簡單的大信號緩沖器

　　LTC6090 的作用相當于一個普通的單位增益穩定型運算放大器，因此設計一個靜電計級別的緩沖器級是十分簡單，可利用典型的單位增益電路提供 100% 的反饋。完全不需要分立式的 FET 或浮動偏置電源。

　　如圖 2 所示，LTC6090 可容易地利用一個分離型電源 (例如：小型反激式轉換電池電源) 來供電。這款基本電路能在高阻抗電路中提供精準的電壓測量，并準確地處理信號擺幅至任一電源軌的 3V 內 (在本例為 ±62V)。由于輸入漏電流通常低于 5pA，因此對于接近 1GΩ 的源阻抗來說，電路負載的影響基本上是微不足道的 (< VOS)?？捎玫娜珨[幅頻率響應超過 20kHz。

　　結論

　　LTC6090 是一款獨特且通用的高電壓 CMOS 放大器，其可實現簡化的高阻抗和 / 或大信號擺幅、以及非常寬動態范圍的放大解決方案。