DN56：采用3V供电的凌力尔特运算放大器

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数字电子领域的最新趋势是，大量IC开始采用3V或3.3V稳压电源供电。这是合乎逻辑的发展，既提高了电路密度，又降低了功耗。此外，许多系统直接由两节AA电池或3V锂电池供电。显然，能够以3V电压工作、具有良好动态范围、可与这些数字电路配合使用的模拟IC，现在和未来都有着巨大的需求。

凌力尔特的许多运算放大器在3V供电下表现良好。本设计笔记的目的是列出这些器件及其由3V电源供电时的性能。运算放大器可分为两类：单电源器件和双电源器件。单电源运算放大器经过专门优化，所有性能指标均在正极接5V电源、负极接地的条件下测定。输入共模电压范围延伸至地电位以下，且在灌电流时，输出电压可摆动至距离地电位仅几毫伏的范围内。单电源系列包括：微功耗、单/双/四通道运算放大器LT®1077/ LT1078/LT1079（每个放大器的电源电流为40μA），以及双/四通道运算放大器LT1178/LT1179（每个放大器13μA）。单/双/四通道运算放大器LT1006/LT1013/LT1014速度更快，电压噪声更低，但每个放大器的电源电流为300μA。

这些器件在3V下的性能与5V规格非常相似。显然，由于电源电压降低了2V，输入电压范围和输出电压摆幅也必须减少2V。从5V到3V的失调电压变化由电源电压抑制比特性决定。当电源电压抑制比为114dB或2μV/V时，失调电压仅增加4μV (= 2V • 2μV/V)。与5V规格相比，输入偏置和失调电流、电压和电流噪声以及失调电压温漂实际上没有变化。

表1总结了这些单电源器件的低成本产品在3V电压下的性能。需要注意的是：LT1013/LT1014的最低工作电压为2.95V。所有其他器件的工作电压更低，介于1.7V至2.6V之间。

表1. 单电源运算放大器：低成本级规格 VS = 3V, 0V。TA = 25°C
参数 LT1077CN8
LT1078CN8
LT1079CN		 LT1178CN8
LT1179CN		 LT1006CN8
LT1013CN8
LT1014CN		 单位
典型值 最小值/ 最大值 典型值 最小值/ 最大值 典型值 最小值/ 最大值
失调电压        单通道
      双通道/四通道		 15
45		 80
140/170		 —
45		 —
140/170		 35
95		 95
470		 μV
μV
输入电压范围 –0.3
1.8		 0
1.7		 –0.3
1.9		 0
1.7		 –0.3
1.8		 0
1.7		 V
V
输出摆幅 空载 0.003
2.4		 0.006
2.2		 0.006
2.4		 0.009
2.2		 0.015
2.4		 0.025
2.2		 V
V
2k电阻接地 0.0006
2.1		 0.0010
1.9		 0.0002
2.0		 0.0006
1.8		 0.007
2.3		 0.0015
2.0		 V
V
电压增益       RL = 50k 500 110 180 60 1000 500 V
V
0.1Hz至10Hz噪声 0.6 — 1.0 — 0.5 — μVP-P
最小电源电压
VOS增加 300μV 		—
—		 2.3
1.8		 —
—		 2.2
1.7		 —
—		 2.6/2.95
—		 V
V
增益带宽积 160 — 50 — 700 — kHz

单电源系列还包括LT1101微功耗(= 75μA)仪表放大器。同样，这款采用8引脚封装的仪表放大器的所有性能指标均在5V电压下测定。最小电源电压为1.8V，从5V电源变到3V电源的性能变化非常小。

第二类器件是双电源运算放大器，即共模输入电压和输出摆幅被限制在高于负电源端一个二极管电压（=600Mv）的范围内，以确保正常工作。此外，双电源运算放大器传统上针对±15V电源供电进行了优化。因此，总电源电压降至3V代表了一个重大变化。表2列出了四款运算放大器的性能参数：LT1008和LT1012实际上在低电源电压下进行了全面测试；LT1097和LT1001的性能是从器件评估数据推断出来的。同时还有采用14引脚封装的双通道版本：LT1002是LT1001的双通道版本；LT1024是LT1012的双通道版本。

在大多数3V应用中，表1所列的单电源运算放大器更加灵活且更受欢迎，因为不需要特殊偏置即可将输入和输出移动到工作范围以内。然而，双电源器件的失调电压温漂性能更好。尤其值得强调的是，在需要皮安级输入偏置电流的应用中，LT1008/LT1012/LT1097几乎没有竞争对手。表1中的运算放大器都至少有6nA。实现皮安级偏置电流的传统方法也不可用，因为JFET输入或CMOS斩波稳定运算放大器在3V电源下不能工作。

图1显示了一个利用LT1078监控3V电池状况的应用。一个输出用于警告电池电压正在下降，另一个输出用于在电池电压降至阈值以下时关断系统。

图1. 带系统关断功能的低电池电量检测器
 
表2. 双电源运算放大器（ VS = 3V、0V，TA= 25°C）。低成本产品的电气特性
参数 LT1097CN8 LT1008CN8 LT1012CN8 LT1001CN8 单位
典型值 最小值/最大值 典型值 最小值/最大值 典型值 最小值/最大值 典型值 最小值/最大值
失调电压 20 100 40 180 25 120 40 150 μV
温漂 0.3 1.3 0.3 1.6 0.3 1.3 0.3 1.3 μV/°C
输入偏置电流 40 280 40 150 40 200 600 3500 pA
输入失调电流 40 260 30 150 30 200 350 3200 pA
输入电压范围 0.65
2.3		 0.80
2.2		 0.65
2.3		 0.80
2.2		 0.65
2.3		 0.80
2.2		 0.75
2.2		 0.90
2.1		 V
V
输出摆幅 0.62
2.25		 0.8
2.1		 0.62
2.25		 0.8
2.1		 0.62
2.25		 0.8
2.1		 0.55
2.2		 0.7
2.05		 V
V
电压增益 RL = 10k 600 250 500 200 500 200 300 150 V/mV
0.1Hz至10Hz噪声 0.5 — 0.5 — 0.5 — 0.35 — μVP-P
最小电源电压 — 2.4 — 2.4 — 2.4 — 1.9 V
最小电源电压 — 2.4 — 2.4 — 2.4 — 1.9 V
电源电流 350 560 380 600 380 600 390 550 μA
增益带宽积 500 — 500 — 500 — 600 — kHz

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George Erdi