單片式運算放大器自上個世紀(jì) 60 年代起就大量面市了，不過這種廣泛使用的器件在性能方面仍在穩(wěn)步改進。LTC6090 高精度單片式運算放大器向前邁進了一大步，其將電源電壓擴展至 ±70V，而并未犧牲高精度運算放大器期待擁有的特性。LTC6090 采用小型 8 引腳 SO 封裝和 16 引腳 TSSOP 封裝。這兩種封裝均具有用于降低熱阻的裸露襯墊，從而免除了增設(shè)散熱器的需要。一個至低電壓控制線的簡易型接口和內(nèi)置的熱安全特性可簡化高電壓模擬設(shè)計任務(wù)。
高電壓和高性能
人們對于運算放大器的期望是其具備低輸入偏置電流、低失調(diào)和低噪聲。LTC6090 也不例外。該器件采用了一種 MOS 輸入級設(shè)計，輸入偏置電流通常為 3pA (在 25°C) 和 < 100 pA (在 85°C)。這使其非常適合于高阻抗應(yīng)用，例如圖 1 所示的光電二極管放大器。低輸入失調(diào)電壓小于 1.6mV，噪聲為 11nV/√Hz (在 10kHz)。輸入共模范圍至任一電源軌的 3V 或一個 134V 的范圍 (橫跨一個 140V 電源)。
圖 1：擴展動態(tài)范圍 1M 跨阻抗光電二極管放大器
在輸出側(cè)，高精度運算放大器期望在驅(qū)動負(fù)載時保持精準(zhǔn)度。LTC6090 在這方面同樣不令人失望。具穩(wěn)定單位增益的輸出驅(qū)動能力包括一個 10MHz GBW 乘積、高轉(zhuǎn)換速率和額定在 ±10mA 的軌至軌輸出級 (其能驅(qū)動高達 200pF 的容性負(fù)載)。圖 2 所示的實例是一個 140VP-P 10kHz 正弦波。由圖 3 可見，輸出擺幅在負(fù)載電流增加的情況下得到了很好的保持。而且，100VP-P 時的輸出電壓保真度一直擴展到 8kHz，如圖 4 所示。
圖 2：LTC6090 輸出電壓 140VP-P 10kHz 正弦波
圖 3：LTC6090 輸出電壓擺幅與負(fù)載電流的關(guān)系曲線
圖 4：LTC6090 總諧波失真 + 噪聲之和與頻率的關(guān)系曲線
高阻抗應(yīng)用需要低漏電電路
LTC6090 的低輸入偏置電流使其成為那些需要非常高電壓之高阻抗應(yīng)用的絕佳選擇。如圖 5 所示，輸入偏置電流與溫度之間存在對數(shù)關(guān)系，溫度每升高 10°C 輸入偏置電流將倍增一次。此外，輸入保護器件位于一個隔離袋內(nèi)，當(dāng)輸入引腳上的電壓增加 (相對于 V–) 時，隔離袋中的漏電流增大。在圖 5 中，輸入引腳被保持于中間電源電壓。
圖 5：LTC6090 輸入偏置電流與結(jié)溫的關(guān)系曲線
為了保持低輸入偏置電流，在 PCB 布局時必須謹(jǐn)慎從事�？梢钥紤]采用特殊的低漏電電路板材料。在關(guān)鍵型應(yīng)用中，應(yīng)考慮使用保護環(huán)。帶裸露襯墊的 TSSOP 封裝具有保護環(huán)引腳，可用于保護輸入引腳免遭漏電流的損壞。圖 6 示出了反相放大器的 PCB 布局示例。請注意，必須穿過保護環(huán)拉回焊料掩模以裸露 PCB 金屬。PCB 必須整潔干燥，這一點是很重要。應(yīng)考慮采用某種溶劑對其進行清潔，并用自來水清洗任何的殘留物，然后對電路板進行烘烤以除去所有的水分。另外我們還發(fā)現(xiàn)：用肥皂和自來水 (不帶溶劑) 徹底洗滌電路板可產(chǎn)生很好的效果。
圖 6：PCB 保護環(huán)布局示例
將低電壓控制線連接至一個高電壓運算放大器
LTC6090 上的低電壓控制線最低可連接至負(fù)電源軌，最高則可連接至比正電源軌低 5V 的電壓。COM 引腳充當(dāng)一個與低電壓控制線相連的公共接口，并可連接至低電壓系統(tǒng)地或浮置。輸出停用 (OD) 和過熱 (TFLAG) 引腳現(xiàn)參考于低電壓系統(tǒng)地。如圖 7 所示，利用二極管和電阻器對 COM、OD、TFLAG 引腳提供保護。倘若被浮置時，則由 OD 引腳的內(nèi)部上拉電阻器把 COM 引腳拉至高于中間電源至 21V (當(dāng)電源為 ±70V 時)。
圖 7：專為在芯片結(jié)溫達到 145°C 時自動停用輸出級而配置的低電壓接口
熱保護：采用 /OD 和 /TFLAG
在 140V 的總電源電壓和 2.7mA 的典型靜態(tài)電流條件下，LTC6090 的功耗為 378mW。添加一個負(fù)載，功耗就會超過 1W，因而使得優(yōu)良的熱設(shè)計成為需要優(yōu)先考慮的問題之一。兩種封裝 (SO 和 TSSOP) 在底部都具有一個裸露襯墊，該裸露襯墊在內(nèi)部連接至負(fù)電源軌 V–，而且必須連接至負(fù)電源平面。在實際條件允許的情況下將盡可能多的 PCB 金屬連接至裸露襯墊，封裝的熱阻與焊接至裸露襯墊的金屬量成比例。在最好的情況下，SO 封裝的熱阻ΘJA 為 33°C/W。當(dāng)產(chǎn)生 1W 功耗時，芯片的結(jié)溫升至比環(huán)境溫度高 33°C。
一種專為避免 LTC6090 超過 150°C 結(jié)溫而設(shè)計的重要功能可在結(jié)溫變得過高時關(guān)斷輸出級。這是通過把過熱引腳連接至輸出停用引腳來完成的。過熱引腳 (即 TFLAG 引腳) 是一個漏極開路引腳，當(dāng)芯片結(jié)溫達到 145°C 時它將被拉至低電平。當(dāng)結(jié)溫達到 140°C 時，5°C 的內(nèi)置遲滯將釋放 /TFLAG 引腳。輸出停用引腳 (即 OD 引腳) 是一個低態(tài)有效引腳，其在被拉至低電平 (相對于 COM 引腳) 時將關(guān)斷輸出級，并把器件的靜態(tài)電流減低至 670μA。當(dāng)這兩個引腳連接在一起時，LTC6090 將在芯片結(jié)溫達到 145°C 時停用。請注意，這些引腳既可以浮置也可以連接在一起。
一種附加的熱安全特性可在芯片結(jié)溫達到約 175°C 時關(guān)斷輸出級。7°C 的遲滯可在芯片溫度回落至大約 168°C 時啟用輸出級，如圖 8 所示。請注意，圖 8 示出了結(jié)溫。該特性旨在避免器件遭受災(zāi)難性的熱故障。在高于其 150°C 的絕對最大結(jié)溫下運作 LTC6090 會降低其可靠性，應(yīng)對這種做法加以阻止。
圖 8：LTC6090 熱停機遲滯曲線圖
結(jié)論
LTC6090 具有低電壓高精度放大器的高性能規(guī)格指標(biāo)，但可在采用 ±70V 電源時工作，故而適合高電壓應(yīng)用。這些特點包括適用于高精度前端的高增益、低輸入偏置電流、低失調(diào)和低噪聲。一個軌至軌輸出級能夠驅(qū)動一個 200pF 的負(fù)載電容器和 ±10mA 的負(fù)載電流，因而使得這款器件適合于精準(zhǔn)的高電壓應(yīng)用，比如高阻抗放大器。用于停用輸出的簡易連接型控制線和熱停機功能實現(xiàn)起來很簡單。小型 8 引腳 SO 封裝和 16 引腳 TSSOP 封裝均具有旨在降低熱阻的裸露襯墊，從而免除了增設(shè)一個散熱器的需要。 |
