高电压CMOS放大器利用单个IC实现高阻抗检测

　　引言

　　电压的准确测量需要尽量减小至被测试电路之仪器接线的影响。典型的数字电压表 (DVM) 采用 10M 电阻器网络以把负载效应保持在不显眼的水平，即使这会引起显著的误差，尤其是在包含高电阻的较高电压电路中。

　　解决方案是采用静电计配置的高阻抗放大器，因此来自测试节点的放大器输入电流就微乎其微。为使输入电流值尽可能低，传统上都把场效应晶体管 (FET) 用在这些电路的输入端。FET 一般是低电压器件，并会引起难以消除的电压失调不确定性。虽然具有包括 FET 输入的单片式放大器，但它们通常是非常低电压的器件 (特别是那些采用典型 CMOS 制作方法的放大器)，因此其适用范围局限在高电压应用。可以考虑一下 LTC^®6090，这是一款精度在 mV 以内并能处理超过140VP-P 信号摆幅的 CMOS 放大器，非常适合于解决上述问题。

　　LTC6090 可轻松地解决高电压检测问题

　　LTC6090 在单个器件中整合了一组独特的特性。其 CMOS 设计特性在高输入阻抗和“轨至轨”输出摆幅中提供了极限，但与采用 5V 供电的典型 CMOS 器件不同，LTC6090 能采用高达 ±70V 电源运作。而且，该器件在小信号领域中也可占有一席之地，其具有低于 500μV 的典型 VOS 和 11nV/√Hz 的电压噪声密度，从而可提供惊人的动态范围。高压操作可能会带来显著的功耗，因此 LTC6090 提供了耐热性能增强型 SOIC 或 TSSOP 封装。这款器件具有过热输出标记和输出停用控制功能，因而无需额外的电路即可提供灵活的保护措施。

　　准确的 50.00V 基准

　　LTC6090 能在采用单电源运作的情况下提供 140V 输出电平，因此放大一个高质量 5V 基准是一件简单的事情，可采用准确的电阻器网络以保持精度。LT^®5400 高精度电阻器阵列可处理高达 80V 的电压，所以对于数值为 10 的增益而言，利用 10:1 比例版本是一种产生准确 50V 校准电源的简易方法，并无需进行任何的调节。图 1 示出了一款以优于 0.1% 准确度将 LT6654A 5.000V 基准放大至 50.00V 的电路。该电路的供电电压范围为 55V至 140V，而 65V 是一种由任选的便携式电源 (示于图 2 的一部分) 所提供的可用电源电压。

　　LTC6090 采用一个 1μF 输出电容进行设置，以提供卓越的负载阶跃响应。该电容通过一个电阻实现了与运算放大器的隔离，并形成一个针对 700Hz 以上频率的有效降噪滤波器。高精度 LT5400A-3 电阻器网络提供了 0.01% 匹配准确度的 10k/100k 电阻，再加上高阻抗 CMOS 运放输入端上没有负载，故而可形成一个高度准确的放大因子。LTC6090 输入失调电压产生的误差 < 0.03%，而 LT6654A 引起的误差则 < 0.05%。图 1 所示的整个电路大约吸收 4mA 静态电流，并且能驱动 10mA 负载。

　　简单的大信号缓冲器

　　LTC6090 的作用相当于一个普通的单位增益稳定型运算放大器，因此设计一个静电计级别的缓冲器级是十分简单，可利用典型的单位增益电路提供 100% 的反馈。完全不需要分立式的 FET 或浮动偏置电源。

　　如图 2 所示，LTC6090 可容易地利用一个分离型电源 (例如：小型反激式转换电池电源) 来供电。这款基本电路能在高阻抗电路中提供精准的电压测量，并准确地处理信号摆幅至任一电源轨的 3V 内 (在本例为 ±62V)。由于输入漏电流通常低于 5pA，因此对于接近 1GΩ 的源阻抗来说，电路负载的影响基本上是微不足道的 (< VOS)。可用的全摆幅频率响应超过 20kHz。

　　结论

　　LTC6090 是一款独特且通用的高电压 CMOS 放大器，其可实现简化的高阻抗和 / 或大信号摆幅、以及非常宽动态范围的放大解决方案。